JP2003057555A - Scanning laser microscope - Google Patents

Scanning laser microscope

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JP2003057555A
JP2003057555A JP2001245594A JP2001245594A JP2003057555A JP 2003057555 A JP2003057555 A JP 2003057555A JP 2001245594 A JP2001245594 A JP 2001245594A JP 2001245594 A JP2001245594 A JP 2001245594A JP 2003057555 A JP2003057555 A JP 2003057555A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire all the spectral data of fluorescence from a specimen at a time and in a short time in a scanning laser microscope. SOLUTION: The scanning laser microscope acquires the data of a spectrum by converging a laser beam from a laser beam source 1 on the specimen of a observation target, irradiating the specimen with the laser beam, carrying out the movable scanning of the laser beam to the specimen, separating a light beam obtained from the specimen by means of a spectral means 15, and detecting the light beam by means of a detector 17. The detector 17 has an arrangement relation such that the detector 7 uses a one-dimensional photodetecting means in which a plurality of minute light receiving elements to generate an electric signal corresponding to an incidence light quantity are linearly arrayed so that the spectral output of the spectral means 14 enters within the range of the array of the minute light receiving elements of the one-dimensional photodetecting means with a relation predetermined in an incidence position and a wavelength band, and thus the data of the spectrum in unit of pixel is acquired.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は染色した標本上をレ
ーザ光により走査することにより、得られる標本からの
光を分光し、分光データを得ることのできる走査型レー
ザ顕微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning laser microscope capable of obtaining spectral data by scanning a dyed specimen with a laser beam to disperse the light from the obtained specimen.

【0002】[0002]

【従来の技術】細胞や組織を観察し易くするために、染
色用の試薬で染色することが行われている。染色用の試
薬には種々のものがあり、生体組織は成分により、染ま
り易い試薬と、染まり難い試薬とがある。これを利用し
て、目的に応じた所望の試薬により試料(標本)を染色
して、顕微鏡観察に供することが行われている。そし
て、現在では更に一歩進めて、複数種の蛍光試薬で染色
した試料にレーザ光を照射し、このレーザ光照射により
試薬から励起された蛍光放射を分光して得られたスペク
トルのデータを収集し、分析に用いることが行われてい
る。
2. Description of the Related Art In order to make cells and tissues easy to observe, staining is performed with a staining reagent. There are various types of dyeing reagents, and biological tissues are classified into reagents that are easily stained and those that are difficult to stain depending on the components. Utilizing this, a sample (specimen) is dyed with a desired reagent according to the purpose and subjected to microscope observation. And now, we take a step further and irradiate a sample stained with multiple types of fluorescent reagents with laser light, and collect the spectral data obtained by dispersing the fluorescence emission excited from the reagents by this laser light irradiation. , Used for analysis.

【0003】そのために用いるのが走査型レーザ顕微鏡
であり、これは、レーザ光を対物レンズを介して集光し
て走査装置により標本上を走査し、標本からの光を分光
器に与えて分光するとともに、前記走査装置からの走査
信号に同期して分光データを得ることで、試料における
レーザ照射位置からの光のスペクトル情報を得るもので
ある。
A scanning laser microscope is used for this purpose. In this method, a laser beam is collected through an objective lens, a sample is scanned by a scanning device, and the light from the sample is given to a spectroscope for spectroscopic analysis. In addition, the spectral information of the light from the laser irradiation position on the sample is obtained by obtaining the spectral data in synchronization with the scanning signal from the scanning device.

【0004】(従来技術1)走査型レーザ顕微鏡の一例
をあげると、特表平9−502269号公報に示す如き
の技術がある。ここに開示された技術は蛍光光束をプリ
ズム等のスペクトル分解手段により分光し、一方では第
一スペクトル範囲を絞り込み、他方では絞りを通過しな
いスペクトル範囲の少なくとも一部分を反射して第二ス
ペクトル範囲をなす二つの光路を構成し、それぞれの光
路に対して光検出器を設けて構成した共焦点走査型レー
ザ顕微鏡である。
(Prior Art 1) As an example of a scanning laser microscope, there is a technology as disclosed in Japanese Patent Publication No. 9-502269. The technology disclosed herein disperses a fluorescent light beam by a spectrum resolving means such as a prism, narrows down a first spectral range on the one hand, and reflects at least a part of the spectral range that does not pass through the diaphragm on the other hand to form a second spectral range. The confocal scanning laser microscope has two optical paths and a photodetector is provided for each optical path.

【0005】図5は、上記共焦点走査型レーザ顕微鏡の
構成を示す図である。レーザ光源202から出射された
レーザ光束203は、方向変更ミラー204、レーザラ
インフィルタ205、レンズ206、絞り207を介し
てダイクロイックミラー208に導かれて、ここで反射
させ、レンズ209、X−Y走査光学系210、瞳投影
レンズ211、対物レンズ212を経て試料213に達
する。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the confocal scanning laser microscope. The laser light flux 203 emitted from the laser light source 202 is guided to a dichroic mirror 208 via a direction changing mirror 204, a laser line filter 205, a lens 206, and a diaphragm 207, and is reflected there, and is then lens 209, XY scanning. It reaches the sample 213 via the optical system 210, the pupil projection lens 211, and the objective lens 212.

【0006】試料213からの反射光および蛍光からな
る光束214は、対物レンズ212、瞳投影レンズ21
1、X−Y走査光学系210、レンズ209を経てダイ
クロイックミラー208に戻る。そして、光束214の
うち、蛍光分はダイクロイックミラー208を透過して
蛍光光束217となり、このうち、共焦点絞り215を
通過したものが分光器216へと入射する。
A light beam 214 composed of reflected light and fluorescent light from the sample 213 is an objective lens 212 and a pupil projection lens 21.
1, the XY scanning optical system 210, the lens 209, and the dichroic mirror 208. Then, of the light flux 214, the fluorescence component passes through the dichroic mirror 208 to become a fluorescence light flux 217, and of these, the light flux that has passed through the confocal diaphragm 215 is incident on the spectroscope 216.

【0007】図6は、分光器216の構成を示す図であ
る。選択装置225は、光束217を分解するスペクト
ル分解手段227と、一方では第一スペクトル範囲22
9を絞り込み、他方では絞りを通過しないスペクトル範
囲の少なくとも一部分230を反射する手段228とを
有している。光検出器226は、絞り込まれた第一スペ
クトル範囲229の光路に配置された第一光検出器23
1と、反射されたスペクトル範囲の光路に設置された第
二光検出器232とを有している。
FIG. 6 is a diagram showing the structure of the spectroscope 216. The selection device 225 comprises a spectral resolving means 227 for resolving the light beam 217 and, on the one hand, a first spectral range 22.
9 and 228 for reflecting at least a portion 230 of the spectral range which does not pass through the diaphragm. The photodetector 226 is the first photodetector 23 arranged in the optical path of the narrowed first spectral range 229.
1 and a second photodetector 232 installed in the optical path of the reflected spectral range.

【0008】さらに選択装置225は、反射されたスペ
クトル範囲230の光路に設置され、第二スペクトル範
囲234を絞り込む手段233を有する。第二光検出器
232は、絞り込まれた第二スペクトル範囲234の光
路に設置されている。
The selection device 225 further comprises means 233 which is installed in the optical path of the reflected spectral range 230 and narrows down the second spectral range 234. The second photodetector 232 is installed in the optical path of the narrowed second spectral range 234.

【0009】(従来技術2)また、別の例として、特開
2000−56244号公報には、反射光や蛍光のよう
な、分散しながら分割される照明光と対象物からの光と
の両方または一方を波長選択するための、照明と検出工
程との両方または一方に、選択的に切り替え可能な少な
くとも1基の微小鏡配列(DMD)を持つ走査型レーザ
顕微鏡が開示されている。
(Prior Art 2) As another example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-56244, both illumination light that is divided while being dispersed, such as reflected light and fluorescence, and light from an object are disclosed. Also disclosed is a scanning laser microscope having at least one selectively switchable micromirror array (DMD) for illumination and / or detection for wavelength selection of one.

【0010】この公報に開示された走査型レーザ顕微鏡
の構成は図7に示す如きである。すなわち、この構成に
おいて、レーザ光源Lsからのレーザ光LBは走査手段Scn
により間欠的に位置を移動させるかたちで走査されるこ
とにより試料Smp上をX−Y走査され、その走査位置に
ある試料Smpからレーザ光LBにより励起された蛍光が放
射される。
The structure of the scanning laser microscope disclosed in this publication is as shown in FIG. That is, in this configuration, the laser light LB from the laser light source Ls is scanned by the scanning means Scn.
The sample Smp is scanned by XY scanning by moving the position intermittently, and the fluorescence excited by the laser beam LB is emitted from the sample Smp at the scanning position.

【0011】試料Smpから放出される(蛍光)放射は対
象物と共役な平面内に位置する共焦点ピンホールPh上へ
焦点を結ぶ。このピンホールPhは同時に分光装置の開口
部でもあり、プリズムPを用いた分光器は当該プリズム
Pの分散作用によって試料放射をそのスペクトル成分へ
分離する。試料放射の焦点面には1次元のDMDがあ
り、ここに試料スペクトルが光学的に結像される。
The (fluorescent) radiation emitted from the sample Smp is focused onto a confocal pinhole Ph located in a plane conjugate with the object. This pinhole Ph is also the opening of the spectroscopic device at the same time, and the spectroscope using the prism P separates the sample radiation into its spectral components by the dispersing action of the prism P. At the focal plane of the sample radiation is a one-dimensional DMD, where the sample spectrum is optically imaged.

【0012】1次元のDMDは個別に駆動可能な多数の
切り替え鏡からなる。そして、レーザ光源Lsからのレー
ザ光LBが試料Smpの上に留まる間、逐次的に鏡が1つず
つ個別に駆動(そしてこれにより切り替え)されること
により、その位置に分光されて到達した光を検出器Dtc
に送る。こうして試料放射の個々のスペクトル成分が逐
次的に検出器Dtcにて検出され、試料Smpから放出される
(蛍光)放射の全スペクトルデータが得られる。
The one-dimensional DMD consists of a number of individually switchable switching mirrors. Then, while the laser light LB from the laser light source Ls stays on the sample Smp, the mirrors are sequentially driven individually (and thus switched), so that the light that has been spectrally dispersed and arrived at that position. The detector Dtc
Send to. In this way the individual spectral components of the sample radiation are sequentially detected by the detector Dtc, and all spectral data of the (fluorescent) radiation emitted from the sample Smp is obtained.

【0013】また別の方法として、複数の鏡を同時に駆
動して、試料からの所望のスペクトル域の光を選択的に
検出器に導くこともできる。
As another method, a plurality of mirrors can be simultaneously driven to selectively guide light in a desired spectral range from a sample to a detector.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】近年蛍光観察において
は、単染色のみならず多重染色が多用されている。もと
より、蛍光染色は細胞、組織内の特定対象を視認可能に
するために行われる。このため多重染色観察では、各染
色部位が明確な色の差、すなわち、蛍光波長の違いとし
て検出されなければならない。しかも、蛍光波長の部分
的な重なり(クロスオーバ部分)を効率良く除去して検
出する必要がある。
Recently, in fluorescence observation, not only single staining but also multiple staining is frequently used. Of course, fluorescent staining is performed in order to make visible a specific object in cells or tissues. Therefore, in multiple staining observation, each stained site must be detected as a clear color difference, that is, a difference in fluorescence wavelength. Moreover, it is necessary to efficiently remove and detect the partial overlap (crossover portion) of the fluorescence wavelengths.

【0015】さらに、細胞機能の研究を行う上で、細胞
内のカルシウムイオン濃度を検出するための蛍光プロー
ブが広く利用されるようになった。カルシウムイオンは
細胞の活動状況に密接な関係を持つためである。カルシ
ウムイオンの染色には蛍光試薬として“INDO−1”
が良く知られているが、この“INDO−1”を用いる
ことで、定量的に細胞内カルシウムイオン濃度を測定で
きる。
Further, in conducting research on cell functions, fluorescent probes for detecting intracellular calcium ion concentration have been widely used. This is because calcium ions have a close relationship with the activity status of cells. "INDO-1" as a fluorescent reagent for staining calcium ions
Is well known, but intracellular calcium ion concentration can be quantitatively measured by using this "INDO-1".

【0016】“Indo−1”で染色した試料(標本)
は、UV光(紫外線)を照射することにより、蛍光を発
する。そして、発生した当該蛍光を2つの異なる波長域
(中心波長405[nm]と480[nm])で検出し、検
出光量の比(中心波長405[nm]の蛍光/中心波長4
80[nm]の蛍光)を演算して求めることにより、カル
シウムイオン濃度を測定できる。
Sample stained with "Indo-1"
Emits fluorescence when irradiated with UV light (ultraviolet rays). Then, the generated fluorescence is detected in two different wavelength ranges (center wavelengths 405 [nm] and 480 [nm]), and the ratio of detected light amounts (fluorescence of center wavelength 405 [nm] / center wavelength 4
The calcium ion concentration can be measured by calculating and obtaining 80 [nm] fluorescence.

【0017】走査型レーザ顕微鏡を用いて試料に対し、
レーザ光の走査を繰り返し行い、前記演算により細胞内
カルシウムイオン濃度の時間変化を測定する。なお、一
般的には特定波長帯の光を反射し、他は透過させる光学
特性を持つダイクロイックミラーにより、試料からの蛍
光を450[nm]で二つの光路に分岐し、一方は中心波
長405[nm]、バンド幅約20[nm]、他方は中心波
長480[nm]、バンド幅約20[nm]のバンドパスフ
ィルタBPF1,BPF2を使用して検出波長領域を絞
るようにしている。
For a sample using a scanning laser microscope,
Laser light scanning is repeated, and the time change of intracellular calcium ion concentration is measured by the above calculation. In general, a dichroic mirror having an optical property of reflecting light in a specific wavelength band and transmitting the other light is split into two optical paths at 450 [nm], and one of them has a central wavelength of 405 [nm]. nm], a band width of about 20 [nm], and the other has a center wavelength of 480 [nm] and a band width of about 20 [nm]. Bandpass filters BPF1 and BPF2 are used to narrow the detection wavelength region.

【0018】しかしながら、前記蛍光の中心波長は細胞
の状態、例えばpH(ペーハー;水素イオン濃度)によ
りシフトする。例えば、上記Ca2+maxおよびCa2+minなる
蛍光が図8に示すようにその中心波長がO1,O2にシフ
トしたとすると、この場合、バンドパスフィルタBPF
1,BPF2の中心波長BPF1o,BPF2oと蛍光Ca2+maxお
よびCa2+minの中心波長O1,O2との間にズレが生じ、
その結果、本来得られるべき光量が得られなくなるの
で、データのS/N(信号/雑音)が劣化するだけでな
く、光量比で表わされる演算結果も本来得られるべき値
とは違ったものとなる可能性がある。
However, the central wavelength of the fluorescence shifts depending on the state of the cell, for example, pH (pH; hydrogen ion concentration). For example, assuming that the fluorescence of Ca2 + max and Ca2 + min shifts their center wavelengths to O1 and O2 as shown in FIG. 8, in this case, the bandpass filter BPF
1, a deviation occurs between the center wavelengths BPF1o and BPF2o of BPF2 and the center wavelengths O1 and O2 of fluorescence Ca2 + max and Ca2 + min,
As a result, the amount of light that should be originally obtained cannot be obtained, so that not only the S / N (signal / noise) of the data is deteriorated, but also the calculation result represented by the light amount ratio is different from the value that should be originally obtained. Could be.

【0019】つまり、従来技術1における前述したよう
なフィルタのセットは常に最良であるとは限らない。
That is, the set of filters as described above in the prior art 1 is not always the best.

【0020】一方、特表平9−502269号公報の装
置は各検出器に導く試料からの蛍光の波長域を自由に変
更できるので、従来技術1における上記のような問題点
を解決する上で、有効と考えられる。事実、多重染色観
察において蛍光波長の部分的な重なり(クロスオーバ部
分)を効率良く除去して検出する目的においては、繰り
返し走査して画像を確認しながらスリットを制御するこ
とにより、試料からの蛍光スペクトルを自由に選択でき
るので、光学的なバンドパスフィルタを利用する方式よ
り遙かに良い。但し、繰り返しレーザ走査を行うことに
より試料は退色するのでレーザ走査は可能な限り少なく
できることが望ましい。
On the other hand, in the apparatus of Japanese Patent Publication No. 9-502269, the wavelength range of the fluorescence from the sample guided to each detector can be freely changed. Therefore, in solving the above problems in the prior art 1, , Considered effective. In fact, in multiple staining observation, for the purpose of efficiently removing and detecting the partial overlap (crossover portion) of the fluorescence wavelengths, the fluorescence from the sample is controlled by controlling the slit while checking the image by repeatedly scanning. Since the spectrum can be freely selected, it is far better than the method using an optical bandpass filter. However, it is desirable to reduce the laser scanning as much as possible because the sample is discolored by repeating the laser scanning.

【0021】しかしながら、上記細胞内カルシウムイオ
ン濃度を測定する例では、細胞の状態、例えば、pHは
検査者にとっては未知であり、蛍光の中心波長がどこに
あるのか、蛍光波長の部分的な重なり(クロスオーバ部
分)がどのレベルであるかを事前に正確に知る術はない
ことから、得られた結果が最善か否かがわからないと言
う問題がある。
However, in the example of measuring the intracellular calcium ion concentration, the state of the cell, for example, pH is unknown to the examiner, where the central wavelength of the fluorescence is, and the partial overlap of the fluorescent wavelengths ( Since there is no way to know in advance exactly what level the (crossover portion) is, there is a problem that it is not known whether the obtained result is the best or not.

【0022】すなわち、カルシウムイオン濃度の変化を
捉えることができたとしても、その結果が最善のもので
あるかどうかは検査者は全くわからないということであ
り、最善の結果が得られている保証はないわけである。
That is, even if the change in the calcium ion concentration can be captured, the inspector does not know at all whether the result is the best one, and there is no guarantee that the best result is obtained. That is not the case.

【0023】試行錯誤的に繰り返し試験を行うことが可
能であれば、得られる結果を最適なものに近づけること
は可能ではある。しかし、この種の試験は一度データ取
得を行うと、基本的には試料を交換しなければならず
(一般的には薬品で刺激を与えることにより試験を開始
するが、一旦刺激を与えると2度目の刺激は効果がな
い。)、したがって、細胞の準備等に莫大な手間と費用
が必要であり、現実的には困難と言わざるを得ない。
If repeated tests can be conducted by trial and error, it is possible to bring the obtained results close to the optimum ones. However, in this type of test, once the data is acquired, basically, the sample must be exchanged (generally, the test is started by stimulating with a drug, but once the stimulus is given, the test is not performed. The second stimulation has no effect.) Therefore, it takes a lot of time and money to prepare the cells, and it must be said that it is difficult in reality.

【0024】このように、上記従来技術の根本的な欠点
は、試料の像を作るために、あらかじめ設定したスペク
トル、つまり、スリットを通過する蛍光の平均強度だけ
しか利用できない点にある。
As described above, the fundamental drawback of the prior art is that only a preset spectrum, that is, the average intensity of fluorescence passing through the slit can be used to form an image of the sample.

【0025】一方、特開2000−56244号公報の
技術は、試料からの蛍光の分光データを得るに際して、
全分光データを収集しようとする場合、DMDのミラー
素子を一枚ずつ駆動して光検出器に試料からの蛍光の分
光スペクトルを導かなければならないので、全スペクト
ル領域のスペクトルデータを得るには時間がかかるとい
う欠点がある。そのため、細胞内カルシウムイオン濃度
のような変化の速い現象を観察、測定するには不向きな
装置となる。従って、従来技術では、細胞内カルシウム
イオン濃度のような変化の速い現象を観察、測定の対象
とすることはできなかった。故に、これを打開する技術
の早急な開発が嘱望されている。
On the other hand, the technique disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-56244 is used for obtaining the spectral data of fluorescence from the sample.
When collecting all spectroscopic data, it is necessary to drive the DMD mirror elements one by one to guide the spectroscopic spectrum of fluorescence from the sample to the photodetector. There is a drawback that it costs. Therefore, it becomes an unsuitable device for observing and measuring a phenomenon such as intracellular calcium ion concentration that changes rapidly. Therefore, in the prior art, it was not possible to observe and measure a phenomenon that changes rapidly such as intracellular calcium ion concentration. Therefore, urgent development of a technology to overcome this is urgently needed.

【0026】従って、本発明の目的とするところは、細
胞内カルシウムイオン濃度を測定するような場合のよう
に、試料からの蛍光スペクトルを正確に知ることができ
ない試験や撮像を行うに当たり、最適な解析結果を確実
に得ることのできる走査型レーザ顕微鏡を提供すること
にある。
Therefore, the object of the present invention is that it is most suitable for performing a test or an imaging in which the fluorescence spectrum from the sample cannot be accurately known, as in the case of measuring the intracellular calcium ion concentration. It is an object of the present invention to provide a scanning laser microscope capable of reliably obtaining analysis results.

【0027】また、本発明の目的とするところは、染色
した試料の放出する光の全スペクトルを一度にデータ収
集できるようにした走査型レーザ顕微鏡を提供すること
にある。
Another object of the present invention is to provide a scanning laser microscope capable of collecting the entire spectrum of light emitted from a dyed sample at one time.

【0028】また、本発明の目的とするところは、多重
染色観察において、試料の退色を防止するために、少な
い走査回数で、所望のスペクトルについて反映された画
像を表示できるようにした走査型レーザ顕微鏡を提供す
ることにある。
Another object of the present invention is to provide a scanning laser capable of displaying an image reflected on a desired spectrum with a small number of scans in order to prevent fading of a sample in multiple staining observation. To provide a microscope.

【0029】また、本発明の目的とするところは、多重
染色観察において、試料の退色を防止するために、少な
い走査回数で、望ましくは1回の走査で蛍光波長の部分
的な重なり(クロスオーバ部分)を効率良く除去して画
像表示することのできる走査型レーザ顕微鏡を提供する
ことにある。
Further, the object of the present invention is, in multiple staining observation, in order to prevent fading of the sample, a small number of scans, preferably one scan, results in partial overlap of fluorescence wavelengths (crossover). It is to provide a scanning laser microscope capable of efficiently removing (part) and displaying an image.

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、目的
を達成するために、本発明の走査型レーザ顕微鏡は以下
のように構成する。
In order to solve the above problems and achieve the object, the scanning laser microscope of the present invention is constructed as follows.

【0031】[1] レーザ光源からのレーザ光を観察
対象の試料に集束させて照射させると共に試料に対して
前記レーザ光を移動走査させ、試料から得られた光を分
光手段により分光させて検出器で検出することにより、
スペクトルのデータを得るようにした走査型レーザ顕微
鏡において、前記検出器は入射光量対応に電気信号を発
生する複数の微小受光素子を直線的に配列させた1次元
光検出手段を用い、前記分光手段の分光出力をこの1次
元光検出手段の微小受光素子配列範囲にその入射位置と
波長域とが所定の関係を以て入射される配置関係とする
ことにより画素単位でスペクトルのデータを得ることを
特徴とする。
[1] A laser beam from a laser light source is focused and irradiated on a sample to be observed, the sample is moved and scanned, and the light obtained from the sample is dispersed by a spectroscopic means to be detected. By detecting with a vessel,
In the scanning laser microscope adapted to obtain spectrum data, the detector uses a one-dimensional photodetector means in which a plurality of micro light-receiving elements that generate electric signals corresponding to the amount of incident light are linearly arranged. The spectral output of the one-dimensional light detecting means is arranged in such a manner that the incident position and the wavelength region are incident on the array of minute light-receiving elements of the one-dimensional light detecting means with a predetermined relationship, whereby spectrum data is obtained for each pixel. To do.

【0032】レーザ光源からのレーザ光を観察対象の試
料に集束させて照射させると共に試料に対して前記レー
ザ光を移動走査させ、試料から得られた光を分光手段に
より分光させ、検出手段で検出することにより、試料に
おける1地点毎のスペクトルデータを得るが、スペクト
ルデータは例えばプリズム等による分光手段を用い、こ
の分光手段により分光して1次元光検出手段に入射させ
ることで得る。1次元光検出手段は、複数の微小受光素
子を直線的(1次元的)に配列させた構成であり、前記
分光手段の分光出力をこの1次元光検出手段の微小受光
素子配列範囲にその入射位置と波長域とが対応関係を以
て入射される配置関係としてあることから、微小受光素
子はその位置がどこであるかにより、入射される波長域
が定まる。従って、特定位置の微小受光素子にはスペク
トルの特定波長域の光が入射する構成となるから、この
各微小受光素子よりその入射光量対応の信号を得てこれ
を受光素子個別にディジタルデータ化し、受光素子の並
び順に収集すると波長成分が特定できるデータ、すなわ
ち、全てのスペクトル分布がわかるデータとして収集さ
れると言う効果がある。
The laser light from the laser light source is focused and irradiated on the sample to be observed, and the laser light is moved and scanned with respect to the sample, and the light obtained from the sample is dispersed by the spectroscopic means and detected by the detection means. By doing so, the spectral data for each point in the sample is obtained. The spectral data is obtained by using a spectroscopic means such as a prism, and by making the spectroscopic means disperse the light into the one-dimensional photodetecting means. The one-dimensional light detecting means has a structure in which a plurality of minute light receiving elements are linearly arranged (one-dimensionally), and the spectral output of the spectroscopic means is incident on the minute light receiving element arrangement range of the one-dimensional light detecting means. Since the position and the wavelength range are arranged so as to be incident in a corresponding relationship, the incident wavelength range is determined by the position of the micro light receiving element. Therefore, the light in the specific wavelength range of the spectrum is incident on the micro light receiving element at the specific position. Therefore, a signal corresponding to the amount of incident light is obtained from each micro light receiving element, and this is converted into digital data for each light receiving element, When the light receiving elements are collected in the order of arrangement, there is an effect that the wavelength components can be specified, that is, the data is collected as the data in which all the spectral distributions are known.

【0033】しかも、試料に照射するレーザ光は、試料
上を移動走査させるので、その時々で収集される上記デ
ータは試料に対するレーザ光の照射点における放出光の
データであり、走査範囲で定まる画面を構成する画素単
位でのスペクトル分布データとなる。そのため、画素毎
に全てのスペクトル分布が把握できるデータとして収集
できる。
Moreover, since the laser light irradiating the sample moves and scans the sample, the above-mentioned data collected at each time is the data of the emission light at the irradiation point of the laser light on the sample, and the screen determined by the scanning range. It becomes the spectrum distribution data in units of pixels constituting the. Therefore, it is possible to collect as data that can grasp all the spectral distributions for each pixel.

【0034】従って、本発明によれば、試料からの蛍光
の分光データを短時間に一度に全て取得することが可能
な技術が確立する。また、本発明によれば、細胞内カル
シウムイオン濃度を測定するような場合のように、試料
からの蛍光スペクトルを正確に知ることができない試験
や撮像を行うに当たり、最適な解析結果を確実に得るこ
とのできる走査型レーザ顕微鏡を提供できる。
Therefore, according to the present invention, a technique capable of acquiring all the spectral data of the fluorescence from the sample at once in a short time is established. Further, according to the present invention, when performing a test or imaging in which the fluorescence spectrum from the sample cannot be accurately known, as in the case of measuring intracellular calcium ion concentration, the optimum analysis result can be surely obtained. A scanning laser microscope capable of doing so can be provided.

【0035】また、多重染色観察において、試料の退色
を防止するために、少ない走査回数で、必要な蛍光スペ
クトルのデータを収集できるようになる走査型レーザ顕
微鏡を提供できる。
Further, it is possible to provide a scanning laser microscope capable of collecting necessary fluorescence spectrum data with a small number of scans in order to prevent discoloration of a sample in multiple staining observation.

【0036】[2] また、[1]項の構成において、
前記検出器の各微小受光素子より得られる電気信号を収
集してデータとして保持する手段と、この保持されたデ
ータを用い、これらのうち、所望に指定されたスペクト
ル域のデータを抽出して加算し、画像を生成する手段と
を更に備えることを特徴とする。
[2] In addition, in the configuration of [1],
Means for collecting electric signals obtained from each minute light receiving element of the detector and holding them as data, and using the held data, extract and add the data in the desired spectral range among these However, a means for generating an image is further provided.

【0037】この構成によれば、前記検出器の各微小受
光素子より得られる電気信号を収集して得たデータを画
面構成分収集し、記憶保存し、この保存データを用いて
画像を生成するが、画素毎に全てのスペクトル分布が把
握できるデータとして収集されていることから、所望に
スペクトル範囲を種々指定してその指定範囲のスペクト
ルによる画像を表示でき、従って、1度データを収集し
てしまえば、そのデータを利用して種々に画像を生成す
ることで、最適な画像を見付けることができる。
According to this configuration, the data obtained by collecting the electric signals obtained from the respective minute light receiving elements of the detector are collected for the screen configuration, stored and stored, and the stored data is used to generate an image. However, since all the spectral distributions are collected for each pixel, it is possible to specify various spectral ranges as desired and display images with spectra in the specified ranges. After that, the optimum image can be found by generating various images using the data.

【0038】従って、本発明によれば、多重染色観察に
おいて、試料の退色を防止するために、少ない走査回数
で、所望のスペクトルについて反映された画像を表示で
きるようになる走査型レーザ顕微鏡を提供できる。
Therefore, according to the present invention, there is provided a scanning laser microscope capable of displaying an image reflected on a desired spectrum with a small number of scans in order to prevent discoloration of a sample in multiple staining observation. it can.

【0039】[3] また、[1]項の構成において、
前記検出器の各微小受光素子より得られる電気信号を収
集してデータとして保持する手段と、この保持されたデ
ータを用い、これらのうち、レーザ光源の出力レーザ波
長より長い波長であって所望に指定された少なくとも二
種のスペクトル域のデータをそれぞれ抽出してそれぞれ
のスペクトル域における抽出データを加算すると共に、
両者の比を求めて当該比に基づく画像を生成し、次の画
像が生成されるまでの間、この生成画像出力する手段
と、この出力された生成画像を表示する手段とを備えた
ことを特徴とする。
[3] In addition, in the configuration of [1],
A means for collecting electric signals obtained from each minute light receiving element of the detector and holding them as data, and using the held data, of these, a wavelength longer than the output laser wavelength of the laser light source is desired. While extracting the data of at least two specified spectral regions respectively and adding the extracted data in each spectral region,
It is provided with means for obtaining the ratio of the two and generating an image based on the ratio, and for outputting the generated image until the next image is generated, and means for displaying the generated generated image. Characterize.

【0040】この構成においては、1画面分の走査を終
えると時間をおいて再びレーザ光による試料の1画面分
の走査を実施する間欠走査において、一つの走査が終了
するたびに画像表示されるので、検査者は画像の変化の
様子を確認できる。そのため、もし、試験が上手くいっ
ていないようなら、そこで試験を中止する等の対応がで
き、時間の浪費をせずに済むようになる。
In this structure, an image is displayed every time one scan is completed in the intermittent scan in which the scanning of one screen of the sample is performed again by the laser beam after a lapse of the scan of one screen. Therefore, the inspector can confirm how the image changes. Therefore, if the test is not working well, you can stop the test there and save time.

【0041】その他、本発明は次のような態様が包含さ
れ得る。
In addition, the present invention may include the following aspects.

【0042】(1)本発明の走査型レーザ顕微鏡は、レ
ーザ光を対物レンズを介して集光して走査装置により試
料上を走査し、試料からの光を分光器に投射するととも
に、前記走査装置からの走査信号に同期して所定のスペ
クトル帯に対応する分光データを得ることのできる走査
型レーザ顕微鏡であって、前記分光データにおいて、所
望のスペクトル域のデータのみを抽出して演算し、この
演算結果をもとに、走査終了後に画像表示を行うもので
ある。
(1) In the scanning laser microscope of the present invention, the laser beam is condensed through the objective lens, the sample is scanned by the scanning device, the light from the sample is projected on the spectroscope, and the scanning is performed. A scanning laser microscope capable of obtaining spectral data corresponding to a predetermined spectral band in synchronism with a scanning signal from the device, wherein in the spectral data, only data in a desired spectral region is extracted and calculated, Based on the result of this calculation, an image is displayed after the end of scanning.

【0043】(2)本発明の走査型レーザ顕微鏡は、上
記(1)に記載の走査型レーザ顕微鏡であり、所望のス
ペクトル域を変更することによりデータの演算を再度行
い、この演算結果をもとに再度画像表示を行うものであ
り、またこのシーケンスを繰り返し行うものである。
(2) The scanning laser microscope of the present invention is the scanning laser microscope described in (1) above, and the data calculation is performed again by changing the desired spectral range, and the calculation result is also obtained. The image is displayed again and the sequence is repeated.

【0044】(3)本発明の走査型レーザ顕微鏡は、上
記(1)、(2)に記載の走査型レーザ顕微鏡であり、
前記分光データにおいて、複数の所望のスペクトル域を
指定し、これら各スペクトル域のデータのみを抽出して
演算し、この演算結果をもとに、少なくとも1枚の画像
プレーンに画像表示するものである。
(3) The scanning laser microscope of the present invention is the scanning laser microscope described in (1) and (2) above.
In the spectral data, a plurality of desired spectral regions are designated, only the data in each spectral region is extracted and operated, and an image is displayed on at least one image plane based on the operation result. .

【0045】(4)本発明の走査型レーザ顕微鏡は、上
記(1)、(2)に記載の走査型レーザ顕微鏡であり、
前記分光データにおいて、複数の所望のスペクトル域を
指定し、これら各スペクトル域のデータのみを抽出して
演算し、この演算結果をもとに、前記指定された複数の
スペクトル域に対応する画像をそれぞれ各画像プレーン
に表示するものである。
(4) The scanning laser microscope of the present invention is the scanning laser microscope described in (1) and (2) above.
In the spectral data, a plurality of desired spectral regions are designated, only the data in each spectral region are extracted and calculated, and based on the calculation result, an image corresponding to the designated plural spectral regions is obtained. Each is displayed on each image plane.

【0046】(5)本発明の走査型レーザ顕微鏡は、上
記(1)〜(4)に記載の走査型レーザ顕微鏡であり、
前記画像表示は、所望のスペクトル域のデータ(光強度
データ)の合計値をもとに行うものである。
(5) The scanning laser microscope of the present invention is the scanning laser microscope according to any one of (1) to (4) above,
The image display is performed based on the total value of data (light intensity data) in a desired spectral range.

【0047】(6)本発明の走査型レーザ顕微鏡は、上
記(3)に記載の走査型レーザ顕微鏡であり、2つの所
望のスペクトル域を指定し、各スペクトル域のデータの
みを抽出して、それぞれの合計値を演算するとともに、
これら合計値の比を演算し、この演算結果をもとに画像
表示するものである。
(6) The scanning laser microscope of the present invention is the scanning laser microscope described in (3) above, in which two desired spectral regions are designated and only the data in each spectral region is extracted. While calculating the total value of each,
The ratio of these total values is calculated, and an image is displayed based on the calculation result.

【0048】(7)本発明の走査型レーザ顕微鏡は、上
記(1)〜(6)に記載の走査型レーザ顕微鏡であり、
前記画像表示は、レーザ波長を除く全スペクトル域のデ
ータ(光強度データ)の合計値またはレーザ波長を除
く、これよりも長いスペクトル域のデータ(光強度デー
タ)の合計値をもとに行うことが、あらかじめ設定され
ている。
(7) The scanning laser microscope of the present invention is the scanning laser microscope according to any one of (1) to (6) above.
The image display should be performed based on the total value of data (light intensity data) in the entire spectral range excluding the laser wavelength or the total value of data in the spectral range longer than this (light intensity data) excluding the laser wavelength. Is preset.

【0049】(8)本発明の走査型レーザ顕微鏡は、上
記(1)〜(6)に記載の走査型レーザ顕微鏡であり、
前記画像表示は、レーザ波長を除く全スペクトル域のデ
ータ(光強度データ)の合計値またはレーザ波長を除
く、これよりも短いスペクトル域のデータ(光強度デー
タ)の合計値をもとに行うことが、あらかじめ設定され
ている。
(8) The scanning laser microscope of the present invention is the scanning laser microscope described in (1) to (6) above,
The image display should be performed based on the total value of data (light intensity data) in the entire spectral range excluding the laser wavelength or the total value of data (light intensity data) in the shorter spectral range excluding the laser wavelength. Is preset.

【0050】(9)本発明の走査型レーザ顕微鏡は、上
記(1)に記載の走査型レーザ顕微鏡であり、前記分光
器は1次元、または2次元のCCD配列を含んでいる。
(9) The scanning laser microscope of the present invention is the scanning laser microscope described in (1) above, wherein the spectroscope includes a one-dimensional or two-dimensional CCD array.

【0051】(10)本発明の走査型レーザ顕微鏡は、
上記(1)に記載の走査型レーザ顕微鏡であり、時間経
過観察のために試料走査は所定回数だけ間欠的に行わ
れ、前記画像表示は走査後に所定回数行われる。
(10) The scanning laser microscope of the present invention comprises:
In the scanning laser microscope according to the above (1), the sample scanning is intermittently performed a predetermined number of times for observation over time, and the image display is performed a predetermined number of times after the scanning.

【0052】[0052]

【発明の実施の形態】本発明は、試薬により染色された
試料からの蛍光の分光データを全スペクトル範囲に亙
り、短時間に全て取得することができるようにし、この
取得した全スペクトル範囲の分光データの中から、所望
のスペクトル領域の分光データを用いて解析や画像表示
を行えるようにしたもので、以下、図面を参照して本発
明の実施例の詳細を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention makes it possible to obtain spectral data of fluorescence from a sample stained with a reagent over the entire spectral range in a short time. The analysis and image display can be performed by using the spectral data of a desired spectral region from the data. Hereinafter, the embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0053】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係わる共焦点走査型レーザ顕微鏡の構成を
示す図である。図において、1は所望の波長のレーザ光
を発振出力するレーザ光源であり、測定対象を例えば、
Indo−1で標識された細胞内カルシウムイオン濃度
とする場合にはレーザ光源1として、351[nm]の発
振線を有するアルゴンレーザ光源を用いる。2はこのレ
ーザ光源1から出射されたレーザ光束(レーザビーム)
である。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the structure of the confocal scanning laser microscope concerning embodiment of this. In the figure, reference numeral 1 denotes a laser light source that oscillates and outputs a laser beam having a desired wavelength, and a measurement target is, for example,
When the intracellular calcium ion concentration labeled with Indo-1 is used, an argon laser light source having an oscillation line of 351 [nm] is used as the laser light source 1. Reference numeral 2 denotes a laser beam (laser beam) emitted from the laser light source 1.
Is.

【0054】3はビームエキスパンダであり、レーザ光
源1から出射されたレーザ光束2を、対物レンズ瞳径に
略一致するようにビーム径を拡大させるための光学系で
ある。4はレーザラインフィルタであって、予め設定し
た所望の波長の光を選択的に透過させるフィルタであ
る。測定対象をIndo−1で標識された細胞内カルシ
ウムイオン濃度とする場合には、351[nm]の波長を
選択的に透過させる光学フィルタとする。また、5はダ
イクロイックミラーであって、特定波長帯の光を反射
し、他は透過させる光学特性を持つハーフミラーであ
る。測定対象物を細胞内カルシウムイオン濃度とする場
合には、351[nm]の波長を選択的に反射させ、他は
透過させる光学特性を持つミラーを用いる。
Reference numeral 3 denotes a beam expander, which is an optical system for expanding the beam diameter of the laser beam 2 emitted from the laser light source 1 so as to approximately match the pupil diameter of the objective lens. Reference numeral 4 denotes a laser line filter, which is a filter that selectively transmits light having a desired wavelength set in advance. When the intracellular calcium ion concentration labeled with Indo-1 is to be measured, an optical filter that selectively transmits a wavelength of 351 [nm] is used. Reference numeral 5 denotes a dichroic mirror, which is a half mirror having an optical characteristic of reflecting light in a specific wavelength band and transmitting the other. When the measurement target has an intracellular calcium ion concentration, a mirror having optical characteristics that selectively reflects the wavelength of 351 [nm] and transmits the others is used.

【0055】また、6はX−Y走査光学系であって、7
は瞳投影レンズ、8は結像レンズ、9は対物レンズ、1
0は試料である。試料10は目的に応じた試薬で染色し
てある。対物レンズ9は試料10に近接して進退調整可
能であって、試料10に対する光学系の焦点を合わせる
ためのレンズであり、結像レンズ8および瞳投影レンズ
7はその光軸を対物レンズ9の光軸に一致させて配され
ている。
Further, 6 is an XY scanning optical system, and 7
Is a pupil projection lens, 8 is an imaging lens, 9 is an objective lens, 1
0 is a sample. The sample 10 is dyed with a reagent according to the purpose. The objective lens 9 is a lens for adjusting the focus of the optical system with respect to the sample 10 so that the objective lens 9 can be moved back and forth close to the sample 10, and the imaging lens 8 and the pupil projection lens 7 have their optical axes of the objective lens 9. It is arranged to match the optical axis.

【0056】また、11は共焦点レンズ、12は共焦点
絞り、13はコリメートレンズ、15はプリズムであっ
て、これら共焦点レンズ11、共焦点絞り12、コリメ
ートレンズ13は試料10からの光をプリズム15に導
く光学経路上にその光軸を一致させて配置されている。
Further, 11 is a confocal lens, 12 is a confocal diaphragm, 13 is a collimating lens, and 15 is a prism. These confocal lens 11, confocal diaphragm 12 and collimating lens 13 collect light from the sample 10. They are arranged on the optical path leading to the prism 15 with their optical axes aligned.

【0057】プリズム15は、入射された各波長の光を
分光するためのものである。
The prism 15 is for separating the incident light of each wavelength.

【0058】ダイクロイックミラー5は試料10からの
光をプリズム15に導く光学経路上であって共焦点レン
ズ11とX−Y走査光学系6との間の光路にその面を斜
めにして配置され、レーザラインフィルタ4を介してレ
ーザ光源1から導かれたレーザ光束2を、ここで反射さ
せて試料10側に導くと共に、試料10側からの光を共
焦点レンズ11側に導くよう、レーザ光源1の光軸上と
の交点に配置してある。
The dichroic mirror 5 is arranged on the optical path for guiding the light from the sample 10 to the prism 15 and in the optical path between the confocal lens 11 and the XY scanning optical system 6 with its surface inclined. The laser light beam 1 guided from the laser light source 1 via the laser line filter 4 is reflected here to be guided to the sample 10 side, and the light from the sample 10 side is guided to the confocal lens 11 side. It is located at the intersection with the optical axis of.

【0059】共焦点レンズ11は試料10に対する対物
レンズ9の焦点位置と共役な焦点位置を持つレンズであ
り、共焦点絞り12はこの共焦点レンズ11の共焦点位
置に配置された絞りである。共焦点絞り12はピンホー
ルの役割を担うものであり、抽出対象の光の持つ波長に
より理想のピンホール径は異なるので、調整できるよ
う、絞りとしての機能も備えている。
The confocal lens 11 is a lens having a focal position conjugate with the focal position of the objective lens 9 with respect to the sample 10, and the confocal diaphragm 12 is a diaphragm arranged at the confocal position of the confocal lens 11. The confocal diaphragm 12 plays the role of a pinhole, and since the ideal pinhole diameter varies depending on the wavelength of the light to be extracted, it also has a function as a diaphragm so that it can be adjusted.

【0060】試料10から放出される蛍光は試料におけ
る観察対象物部分と共役な平面内に位置するこの共焦点
絞り12上へ焦点を結ぶので、この共焦点絞り12を通
った光が分光器14に入射し、当該分光器14のプリズ
ム15に入射されて分光される仕組みである。
The fluorescence emitted from the sample 10 is focused on the confocal diaphragm 12 located in a plane conjugate with the observation object portion of the sample, so that the light passing through the confocal diaphragm 12 is spectroscopically determined. To the prism 15 of the spectroscope 14 to disperse the light.

【0061】X−Y走査光学系6はダイクロイックミラ
ー5と、瞳投影レンズ7との間の光路中に配され、所定
の範囲内で光路を光学的に移動させることができるもの
である。16は集光レンズ、17は1次元CCD(画素
が一列に配列された固体撮像素子)であって、集光レン
ズ16はプリズム15により分光された光を所定範囲に
集めるためのレンズであり、1次元CCD 17上に集
光するためのものである。なお、1次元CCD 17は
集光レンズ16の焦点位置に配置されている。
The XY scanning optical system 6 is arranged in the optical path between the dichroic mirror 5 and the pupil projection lens 7 and can optically move the optical path within a predetermined range. Reference numeral 16 is a condenser lens, 17 is a one-dimensional CCD (solid-state image sensor in which pixels are arranged in a line), and the condenser lens 16 is a lens for collecting the light dispersed by the prism 15 into a predetermined range. The light is focused on the one-dimensional CCD 17. The one-dimensional CCD 17 is arranged at the focal position of the condenser lens 16.

【0062】図2に示すように、1次元CCD 17は
画素に相当する複数の受光セルを一列に密に配列してな
るラインイメージセンサであり、プリズム15により分
光された光を集光レンズ16により1次元CCD 17
の受光セル配列範囲内に集めることにより、特定のスペ
クトルの光は特定のセル位置に入射して検出される構成
となっている。そして、CCD 17は光の入射によっ
てそのセルに生成された電荷による画素信号(輝度信
号)を、読み出し時にはセルの並ぶ順番に直列データで
出力する構成であるから、画素信号の直列データの位置
がそれぞれ特定スペクトルの検出信号となる対応関係を
持つ構成である。
As shown in FIG. 2, the one-dimensional CCD 17 is a line image sensor in which a plurality of light receiving cells corresponding to pixels are densely arranged in a line, and the light dispersed by the prism 15 is condensed by a condenser lens 16. 1-dimensional CCD 17
The light of a specific spectrum is made incident on a specific cell position and detected by being collected in the light receiving cell array range. Since the CCD 17 is configured to output pixel signals (luminance signals) due to the charges generated in the cells by the incidence of light as serial data in the order in which the cells are arranged at the time of reading, the position of the serial data of the pixel signals is Each of the configurations has a correspondence relationship that is a detection signal of a specific spectrum.

【0063】尚、プリズム15、集光レンズ16、1次
元CCD 17で分光器14を構成している。レーザ光
はX−Y走査光学系6により試料10に対してX−Y走
査するものであり、ある瞬間でのレーザ光により励起さ
れた蛍光のプリズム15による分光後の1次元CCD
17出力は、レーザ光が照射された位置での励起蛍光
(或いは反射光)に含まれる全てのスペクトル分を個別
に含む検出画素信号ということになる。
The prism 15, the condenser lens 16, and the one-dimensional CCD 17 compose the spectroscope 14. The laser light is used for XY scanning of the sample 10 by the XY scanning optical system 6, and the one-dimensional CCD after the spectroscopic analysis by the prism 15 of the fluorescence excited by the laser light at a certain moment.
The 17th output is a detection pixel signal that individually includes all the spectrum components included in the excitation fluorescence (or reflected light) at the position irradiated with the laser light.

【0064】31は制御装置であって、X−Y走査光学
系6を駆動制御するものであり、30は信号処理装置で
あって、1次元CCD 17で検出された入射光強度対
応の信号を、制御装置31のサンプリング信号に同期し
て、ディジタル信号に変換して出力するものであり、3
2はコンピュータであって、信号処理装置30の出力す
るデータを受けてこれをファイルとして記憶手段に保存
すると共に、保存されたこれらファイルを用いてスペク
トル画像を生成したり、スペクトルのグラフ表示をした
り、スペクトル範囲を指定することで、その指定したス
ペクトル範囲の画像を生成したりするといった機能を有
する。33はモニタ装置であり、コンピュータ32の出
力画面を表示する画像表示装置である。
Reference numeral 31 is a control device for driving and controlling the XY scanning optical system 6, and 30 is a signal processing device for outputting a signal corresponding to the incident light intensity detected by the one-dimensional CCD 17. , Is for converting into a digital signal and outputting in synchronization with the sampling signal of the control device 31.
Reference numeral 2 denotes a computer, which receives the data output from the signal processing device 30 and saves it as a file in a storage means, and also generates a spectral image using the saved files and displays a spectrum graph. Alternatively, it has a function of generating an image in the specified spectrum range by specifying the spectrum range. A monitor device 33 is an image display device for displaying an output screen of the computer 32.

【0065】尚、コンピュータ32は、画像生成のアプ
リケーションと、検査者の操作や指示を行い易くサポー
トするインタフェースであるGUI(Graphical User I
nterface;画面上に表示されたアイコンやウインドウな
どのグラフィカルな要素を、マウスなどのポインティン
グ・デバイスを用いてコンピュータを操作する方式のイ
ンタフェース)を持ち、画像毎に収集された全てのスペ
クトル分布を画面に表示したり、表示されたスペクトル
分布の中から、所望のスペクトル範囲を少なくとも1つ
以上個別に指定したり、その指定スペクトル領域につい
てのデータを記憶手段から抽出して画像を生成して表示
したりすると云った機能を有する。
It should be noted that the computer 32 is a GUI (Graphical User I) that is an interface that supports an image generation application and an inspector's operations and instructions easily
nterface; has an interface that operates a computer with a pointing device such as a mouse for graphical elements such as icons and windows displayed on the screen, and displays all spectral distributions collected for each image. Or specify at least one desired spectrum range individually from the displayed spectrum distribution, or extract data for the specified spectrum region from the storage means to generate and display an image. It has a function that is said to be.

【0066】次にこのような構成の本装置の作用を説明
する。いま、細胞内カルシウムイオン濃度に関する測定
を実施しようとする場合を考える。この場合、試料10
の染色には蛍光試薬として“INDO−1”を用いる。
また、この場合、レーザ光源1としてはアルゴンレーザ
光源を用いる。“INDO−1”により染色された試料
10を対物レンズ9の下に置き、対物レンズ9の焦点を
合わせる。
Next, the operation of the present apparatus having such a configuration will be described. Now, let us consider a case where an attempt is made to measure intracellular calcium ion concentration. In this case, sample 10
"INDO-1" is used as a fluorescent reagent for staining.
In this case, an argon laser light source is used as the laser light source 1. The sample 10 stained with "INDO-1" is placed under the objective lens 9, and the objective lens 9 is focused.

【0067】その後、レーザ光源1からレーザ光を出射
させる。レーザ光源1は351[nm]の発振線(レーザ
光)を有するアルゴンレーザ光源であり、当該レーザ光
源1から出射された351[nm]のレーザ光束2は、
ビームエクスパンダ3により対物レンズ瞳径に略一致す
るようにビーム径が拡大される。そして、レーザライン
フィルタ4を介してダイクロイックミラー5へと導かれ
る。
After that, laser light is emitted from the laser light source 1. The laser light source 1 is an argon laser light source having an oscillation line (laser light) of 351 [nm], and the laser light flux 2 of 351 [nm] emitted from the laser light source 1 is
The beam expander 3 expands the beam diameter so as to substantially match the objective lens pupil diameter. Then, it is guided to the dichroic mirror 5 via the laser line filter 4.

【0068】レーザラインフィルタ4では351[nm]
の発振線を選択的に透過させる。レーザラインフィルタ
4を透過した351[nm]の波長を有するレーザ光はダ
イクロイックミラー5で反射され、X−Y走査光学系
6、瞳投影レンズ7、結像レンズ8、対物レンズ9を経
て試料10に達する。
The laser line filter 4 has 351 [nm].
Selectively transmits the oscillation line of. The laser beam having a wavelength of 351 [nm] that has passed through the laser line filter 4 is reflected by the dichroic mirror 5, passes through the XY scanning optical system 6, the pupil projection lens 7, the imaging lens 8, and the objective lens 9, and then the sample 10 Reach

【0069】ここで、試料10に対するレーザ光集束点
は対物レンズ9で定まり、試料10上でのレーザ光集束
位置はレーザ光をX−Y走査するためのX−Y走査光学
系6によるX−Y走査位置により定まる。
Here, the laser beam focusing point on the sample 10 is determined by the objective lens 9, and the laser beam focusing position on the sample 10 is X- by the XY scanning optical system 6 for XY scanning the laser beam. Determined by the Y scan position.

【0070】試料10は蛍光試薬“INDO−1”で標
識されており、351[nm]の波長を有するレーザ光が
試料10に照射されることにより、その照射点となった
試料10からは反射光もしくはレーザ光による励起によ
って蛍光が生じる。試料10からの反射光および蛍光か
らなる光束20は、対物レンズ9、結像レンズ8、瞳投
影レンズ7、X−Y走査光学系6、を経てダイクロイッ
クミラー5に戻る。そして、光束20はダイクロイック
ミラー5を透過し、ここで、元のレーザ光波長成分の光
が除去されて、蛍光成分の光のみとなり、これはさらに
共焦点レンズ11を透過し、前記試料10の前記照射点
となった位置からの光が集束されて共焦点絞り12の側
に焦点を結ぶ。そして、その集束点にある共焦点絞り1
2により、前記試料10の前記照射点となった位置から
の光が取り出され、それ以外は共焦点絞り12の絞り開
口部(ピンホール)から外れることにより除去される。
共焦点絞り12を通過した光はコリメートレンズ13に
よりコリメート(平行光線化)され、分光器14に入
る。
The sample 10 is labeled with the fluorescent reagent "INDO-1", and when the sample 10 is irradiated with a laser beam having a wavelength of 351 [nm], the sample 10 which is the irradiation point is reflected. Fluorescence is generated by excitation with light or laser light. A light beam 20 composed of reflected light and fluorescence from the sample 10 returns to the dichroic mirror 5 via the objective lens 9, the imaging lens 8, the pupil projection lens 7, and the XY scanning optical system 6. Then, the light flux 20 passes through the dichroic mirror 5, where the light of the original laser light wavelength component is removed and only the light of the fluorescent component is transmitted, which further passes through the confocal lens 11 and the sample 10 Light from the irradiation point is focused and focused on the confocal diaphragm 12 side. Then, the confocal diaphragm 1 located at the focal point
2, the light from the position of the sample 10 which is the irradiation point is extracted, and the other light is removed by being removed from the diaphragm opening (pinhole) of the confocal diaphragm 12.
The light that has passed through the confocal diaphragm 12 is collimated (collimated) by a collimator lens 13 and enters a spectroscope 14.

【0071】分光器14はプリズム15、集光レンズ1
6、および1次元CCD 17からなり、共焦点絞り1
2を通過してコリメートレンズ13により平行光線化さ
れた光束はプリズム15でスペクトル分解され、集光レ
ンズ16を介して1次元CCD 17上に集光される。
1次元CCD 17は集光レンズ16の焦点位置に配置
されており、しかも、微少なサイズの複数の受光セル
が、リニアに、且つ、密に配列されたものであって、分
光されるスペクトルの分布範囲が1次元CCD 17に
おける受光セルの配列範囲に見合うように、集光レンズ
16により集光される。
The spectroscope 14 includes a prism 15 and a condenser lens 1.
6 and 1-dimensional CCD 17 confocal diaphragm 1
The light flux passing through 2 and collimated by the collimator lens 13 is spectrally decomposed by the prism 15, and is condensed on the one-dimensional CCD 17 through the condenser lens 16.
The one-dimensional CCD 17 is arranged at the focal position of the condenser lens 16, and moreover, a plurality of light receiving cells of a minute size are arranged linearly and densely, and the spectrum of the spectrum to be dispersed is The light is condensed by the condenser lens 16 so that the distribution range corresponds to the arrangement range of the light receiving cells in the one-dimensional CCD 17.

【0072】従って、各受光セルの配列位置と、分光さ
れるスペクトルの波長域は特定の関係にある。分光され
て得られたスペクトルの波長と1次元CCD 17にお
けるその波長のスペクトルを検出する受光セルの位置が
定まっているわけである。
Therefore, there is a specific relationship between the arrangement position of each light receiving cell and the wavelength range of the spectrum to be dispersed. The wavelength of the spectrum obtained by the separation and the position of the light receiving cell for detecting the spectrum of the wavelength in the one-dimensional CCD 17 are determined.

【0073】従って、プリズム15によりスペクトル分
解されることにより、各波長別に分離された光は、1次
元配列された1次元CCD 17上における分光光路対
応位置の受光セルに入射する。そして、1次元CCD
17には試料10におけるその時点でのレーザ光照射位
置における出力光の持つスペクトル成分が、その成分対
応の受光セルに入射する結果、その受光セルは入射光量
相当の電荷を生成する。
Therefore, the light separated into each wavelength by being spectrally decomposed by the prism 15 is incident on the light receiving cell at the position corresponding to the spectroscopic optical path on the one-dimensionally arranged one-dimensional CCD 17. And one-dimensional CCD
In FIG. 17, the spectrum component of the output light at the laser light irradiation position at that time in the sample 10 is incident on the light receiving cell corresponding to the component, and as a result, the light receiving cell generates an electric charge corresponding to the amount of incident light.

【0074】このようにして生成された電荷は受光セル
の並び順にしたがって順番に読み出され、受光セル単位
で連なる光強度信号として信号処理装置30に与える。
信号処理装置30は制御装置31からのサンプリング信
号に同期して1次元CCD17で検出された光強度信号
をディジタル信号に変換処理し、そして、例えば、パソ
コンの標準バスであるPCIバスを経由してコンピュー
タ32に転送する。
The charges thus generated are sequentially read according to the arrangement order of the light receiving cells, and given to the signal processing device 30 as a light intensity signal continuous in the light receiving cell unit.
The signal processing device 30 converts the light intensity signal detected by the one-dimensional CCD 17 into a digital signal in synchronization with the sampling signal from the control device 31, and, for example, via a PCI bus which is a standard bus of a personal computer. Transfer to computer 32.

【0075】コンピュータ32では、これを受け取って
記憶手段に記憶する。この記憶した1ライン分の各受光
セルのディジタル信号は、試料10における特定走査位
置での出力光の持つ全スペクトル成分の成分別データ
(スペクトル分布特性のデータ)である。そのため、試
料10における特定走査位置での出力光の持つ全スペク
トル成分の成分別データが一度に収集できることにな
る。
The computer 32 receives this and stores it in the storage means. The stored digital signal of each light receiving cell for one line is component-specific data (spectral distribution characteristic data) of all spectral components of the output light at the specific scanning position on the sample 10. Therefore, the component-specific data of all the spectral components of the output light at the specific scanning position on the sample 10 can be collected at once.

【0076】一地点でのデータ収集が終わったならば、
制御装置31は自己の発生するサンプリング信号に同期
させながらX−Y走査光学系6を駆動制御して次の画素
のスペクトルデータを取得すべく、試料10に対するレ
ーザ光2の位置を移動させる。そして、上述のようにそ
の位置からの光をプリズム15により分光してその位置
での試料10のスペクトル成分の全データ(スペクトル
分布特性のデータ)を収集する。
When the data collection at one point is completed,
The control device 31 moves the position of the laser beam 2 with respect to the sample 10 in order to drive and control the XY scanning optical system 6 in synchronization with the sampling signal generated by itself and acquire the spectrum data of the next pixel. Then, as described above, the light from that position is dispersed by the prism 15 and all the data (spectral distribution characteristic data) of the spectral components of the sample 10 at that position are collected.

【0077】制御装置31はサンプリング信号に同期さ
せながらX−Y走査光学系6を駆動制御して試料10に
対するレーザ光2の位置を移動させることで、試料10
の各位置を網羅するようにX−Y走査し、各位置での試
料10のスペクトル成分の全データを収集していくこと
になる。
The control device 31 drives and controls the XY scanning optical system 6 in synchronism with the sampling signal to move the position of the laser beam 2 with respect to the sample 10 and thereby the sample 10
The X-Y scanning is performed so as to cover each position of 1, and all the data of the spectral components of the sample 10 at each position are collected.

【0078】上述した1次元CCD 17は、例えば、
受光セル数が256素子相当のラインイメージセンサで
あり、最短波長350[nm]、1素子あたり約1[nm]
に相当するようにプリズム15と集光レンズ16の焦点
距離が光学的に設定されていたとすると、この場合、1
次元CCD 17は350[nm]から605[nm]まで
の範囲のスペクトルが検出可能な構成となる。
The one-dimensional CCD 17 described above is, for example,
It is a line image sensor with 256 light receiving cells, and the shortest wavelength is 350 [nm], and each element is about 1 [nm].
If the focal lengths of the prism 15 and the condenser lens 16 are optically set so as to correspond to
The dimensional CCD 17 has a structure capable of detecting a spectrum in the range of 350 [nm] to 605 [nm].

【0079】そして、信号処理装置30は1次元CCD
17の出力を各素子毎に、例えば、8ビット分解能で
ディジタル化処理する構成であったとする。するとこの
場合には、制御装置31の一つのサンプリング信号毎に
(つまり画像上の1ピクセル(1画素)に対して)、2
56[Byte](バイト)の容量のデータ(スペクトル分
布特性のデータ)が収集されることになる。X−Y走査
光学系6は256×256ピクセルに亙り、走査するも
のとすれば、1画面当たり、256×256回分のサン
プリング信号が出力されることになるので、画像1枚
(256×256ピクセル)につきデータ容量は17
[MByte]の容量を持つことになる。
The signal processing device 30 is a one-dimensional CCD.
It is assumed that the output of 17 is digitized for each element with, for example, 8-bit resolution. Then, in this case, for each sampling signal of the control device 31 (that is, for one pixel (one pixel) on the image), 2
Data of 56 [Byte] (bytes) in capacity (data of spectral distribution characteristics) will be collected. The XY scanning optical system 6 covers 256 × 256 pixels, and if scanning is performed, a sampling signal for 256 × 256 times is output per screen, so one image (256 × 256 pixels) is output. ), The data capacity is 17
It will have a capacity of [MByte].

【0080】256×256ピクセル構成の1枚の画像
を1秒で取得するものとする場合、信号処理装置30か
らコンピュータ32にデータ転送する転送レートは17
[MByte/秒]程度であるから、一般的なコンピュータ
に搭載されているPCIバス経由で十分に転送可能であ
る。
When one image of 256 × 256 pixel structure is to be acquired in 1 second, the transfer rate of data transferred from the signal processing device 30 to the computer 32 is 17
Since it is about [MByte / sec], it can be sufficiently transferred via the PCI bus mounted on a general computer.

【0081】また、コンピュータ32に1[GByte]の
メモリを搭載しておくことにより、少なくとも画像50
枚分のピクセル別のスペクトル分布特性のデータをコン
ピュータに転送し、コンピュータメモリ上に記録するこ
とが可能である。
Further, by installing a memory of 1 [GByte] in the computer 32, at least the image 50
It is possible to transfer the data of the spectral distribution characteristic for each pixel for one sheet to the computer and record it in the computer memory.

【0082】以上のことから、観察対象の試料につい
て、ピクセル毎に、全スペクトルに亙り、各成分別の光
強度のデータ(ピクセル別のスペクトル分布特性のデー
タ)を含んだ50秒間(画像50枚)分の経時観察デー
タを得ることができるようになる。
From the above, for the sample to be observed, the light intensity data for each component (data of the spectral distribution characteristic for each pixel) over the entire spectrum is included for each pixel for 50 seconds (50 images). ) Minutes of time observation data can be obtained.

【0083】ここで、以下に示すように、各画像ピクセ
ル(Xi,Yj)n(但し、(Xi,Yj)は画素位
置、nはn枚目の走査画像を指す)についての全スペク
トルデータ列を、そのスペクトル成分別にI(K1)
n,I(K2)n,I(K3)n,…,…, …,I
(Km)n、例えば、I(350)n,I(351)
n,I(352)n,…,…,…,I(605)nと表
記することにする(n=1〜50、また、K1,K2,…
は波長を示していて、I(350)nならば、n枚目の
画像の波長350[nm]の入射光量値,I(351)nな
らば、n枚目の画像の波長351[nm]の入射光量値,…
であることを示している)。
Here, as shown below, the entire spectrum data string for each image pixel (Xi, Yj) n (where (Xi, Yj) is the pixel position, and n is the nth scanned image). I (K1) for each spectral component
n, I (K2) n, I (K3) n, ..., ..., I
(Km) n, for example, I (350) n, I (351)
, I, (605) n (n = 1 to 50, K1, K2, ...).
Indicates the wavelength, and if I (350) n, the incident light quantity value of the wavelength 350 [nm] of the nth image, and if I (351) n, the wavelength 351 [nm] of the nth image. Incident light intensity value, ...
Is shown).

【0084】以上が、本発明の走査型レーザ顕微鏡にお
けるスペクトル成分のデータ収集である。次に画像表示
方法について説明する。
The above is the data collection of spectral components in the scanning laser microscope of the present invention. Next, the image display method will be described.

【0085】データ取得後、検査者は画像表示するため
のスペクトル範囲を選択する。これはコンピュータ32
の持つソフトウエアにより実施する。
After acquiring the data, the inspector selects a spectral range for image display. This is a computer 32
It is implemented by the software owned by.

【0086】コンピュータ32は、画像生成のアプリケ
ーションと、検査者の操作や指示を行い易くサポートす
るインタフェースであるGUIや操作手段等を持つ。そ
して、これらのソフトウエアによるメニュー画面をモニ
タ装置33に表示して検査者に何の処理を行わせたいの
か、指示させる。今、収集されたスペクトルのデータか
ら検査者が所望のスペクトル成分の画像を生成する指示
をしたとすると、この指示を受けてコンピュータ32
は、そのスペクトル範囲の指定画面を生成し、モニタ装
置33に送って表示させる。そして、検査者は所望のス
ペクトル範囲を指示する。
The computer 32 has an application for image generation, a GUI which is an interface for supporting the operation and instructions of the inspector, and operating means. Then, a menu screen of these softwares is displayed on the monitor device 33 so that the inspector is instructed what process he wants to perform. If the inspector gives an instruction to generate an image of a desired spectral component from the collected spectrum data, the computer 32 receives this instruction.
Generates a designation screen of the spectrum range and sends it to the monitor device 33 for display. The inspector then indicates the desired spectral range.

【0087】例えば、収集されたスペクトルのデータか
らスペクトル特性の分布図をグラフ表示し、その表示さ
れた分布図上で所望のスペクトル範囲を指定する。その
結果、図3(a)において符号p,qを付したハッチン
グ領域で示すように、2つのスペクトル範囲を指定した
とする。すなわち、一つは波長390[nm]から420
[nm]までの範囲(p)、他方は465[nm]から48
5[nm]までの範囲(q)である。
For example, a distribution chart of spectral characteristics is graphically displayed from the collected spectrum data, and a desired spectrum range is designated on the displayed distribution chart. As a result, it is assumed that two spectral ranges are designated as indicated by the hatched areas with reference signs p and q in FIG. That is, one is from wavelength 390 [nm] to 420
Range (p) up to [nm], the other from 465 [nm] to 48
The range (q) is up to 5 [nm].

【0088】この指定情報を受けてコンピュータ32
は、その指定範囲のスペクトルデータ積算値ΣI(K)
nをそれぞれピクセル単位で求める。上述の例の場合、
Upon receipt of this designation information, the computer 32
Is the spectrum data integrated value ΣI (K) of the specified range
n is calculated in pixel units. In the above example,

【数1】 として演算するわけである。そして、画面全体の構成ピ
クセルそれぞれについての当該演算を行い、その結果を
反映させた画像を生成する。
[Equation 1] Is calculated as. Then, the calculation is performed for each of the constituent pixels of the entire screen, and an image reflecting the result is generated.

【0089】390[nm]から420[nm]のスペクト
ルに対応する画像をA、465[nm]から485[nm]
のスペクトルに対応する画像をBとする。カルシウムイ
オン濃度の上昇とともに試料10からの蛍光スペクトル
はそれまでの図3(a)のような特性から図3(b)に
示すように、短波長側に移動したとすると、これによ
り、画像Aは明るさを増し、画像Bは暗くなることが認
められる。
An image corresponding to the spectrum of 390 [nm] to 420 [nm] is A, 465 [nm] to 485 [nm].
Let B be the image corresponding to the spectrum. Assuming that the fluorescence spectrum from the sample 10 moves to the short wavelength side as shown in FIG. 3B from the characteristics as shown in FIG. It can be seen that increases the brightness and image B darkens.

【0090】そして、カルシウムイオン濃度を求めるた
めに、
Then, in order to obtain the calcium ion concentration,

【数2】 但し、αは検査者が定めることのできる適宜な定数であ
る。を演算する。
[Equation 2] However, α is an appropriate constant that can be set by the inspector. Is calculated.

【0091】例えば、“INDO−1”で染色した試料
(標本)は、UV光(紫外線)を照射することにより、
当該試料から励起される蛍光を2つの異なる波長域(中
心波長405[nm]と480[nm])で検出し、検出光
量の比(中心波長405[nm]の蛍光/中心波長480
[nm]の蛍光)を演算して求めることにより、カルシウ
ムイオン濃度を測定できる。
For example, a sample (specimen) dyed with "INDO-1" is irradiated with UV light (ultraviolet light),
Fluorescence excited from the sample is detected in two different wavelength ranges (center wavelength 405 [nm] and 480 [nm]), and the ratio of detected light amounts (fluorescence of center wavelength 405 [nm] / center wavelength 480) is detected.
The calcium ion concentration can be measured by calculating and obtaining ([nm] fluorescence).

【0092】従って、このことを利用して[数2]の演算
をコンピュータ32にて行うことで、カルシウムイオン
濃度を求めることができる。
Therefore, the calcium ion concentration can be obtained by utilizing this fact and performing the calculation of [Equation 2] in the computer 32.

【0093】各ピクセル別にこのようなカルシウムイオ
ン濃度を求め、1画面全てのピクセルについてこのよう
な演算を終えたならば、次にコンピュータ32はピクセ
ル毎に求めたカルシウムイオン濃度を反映させた画像を
生成する。
When such a calcium ion concentration is obtained for each pixel and the above calculation is completed for all the pixels on one screen, the computer 32 next produces an image in which the calcium ion concentration obtained for each pixel is reflected. To generate.

【0094】そして、得られたカルシウムイオン濃度を
表わす画像表示のためのデータをCとすれば、1画像毎
に図1(b)に示すように、画像A,B,Cが得られる
ので、上記の例では50枚分それぞれにおけるA,B,
Cの画像が得られることになる。得られたこれらの画像
はモニタ装置33に表示させ、検査者はこの表示画像を
観察することになる。
If the data for displaying an image representing the obtained calcium ion concentration is C, images A, B, and C are obtained for each image as shown in FIG. 1B. In the above example, A, B, and
An image of C will be obtained. These obtained images are displayed on the monitor device 33, and the inspector observes the displayed images.

【0095】尚、上述の例では50枚分の画像を得てい
るので、これら50枚の画像を順次表示すれば、細胞内
カルシウムイオン濃度の変化を動画として表示すること
ができる。
Since 50 images have been obtained in the above example, the change in intracellular calcium ion concentration can be displayed as a moving image by sequentially displaying these 50 images.

【0096】本実施形態に示した走査型レーザ顕微鏡装
置は、もとになる全てのスペクトル成分のデータを、コ
ンピュータ32のメモリ上に保持させてあるので、選択
するスペクトル範囲はコンピュータ32に対して指定す
ることにより、何度でも再設定できる。そのため、選択
するスペクトルの範囲を種々変更して画像の状態を比較
することにより、カルシウムイオン濃度の変化を表わす
最善の画像を得ることができる。
In the scanning laser microscope apparatus shown in this embodiment, the data of all the original spectral components are held in the memory of the computer 32, so that the selected spectral range can be set to the computer 32. You can set it again and again by specifying it. Therefore, it is possible to obtain the best image showing the change in the calcium ion concentration by changing the range of the selected spectrum and comparing the states of the images.

【0097】以上、この実施形態に示したものは、レー
ザ光源からのレーザ光を観察対象の試料に集束させて照
射させると共に試料に対して前記レーザ光を移動走査さ
せ、試料から得られた光を分光手段により分光させて検
出器で検出することにより、スペクトルのデータを得る
ようにした走査型レーザ顕微鏡において、前記検出器は
入射光量対応に電気信号を発生する複数の微小受光素子
を密に直線的に配列させた1次元光検出手段を用い、前
記分光手段の分光出力をこの1次元光検出手段の微小受
光素子配列範囲にその入射位置と波長域とが所定の関係
を以て入射される配置関係とするようにしたものであ
る。
As described above, in the device shown in this embodiment, the laser light from the laser light source is focused on the sample to be observed and irradiated, and the laser light is moved and scanned with respect to the sample to obtain the light obtained from the sample. In the scanning laser microscope, which is configured to obtain spectral data by dispersing the light with a spectroscopic means and detecting with a detector, the detector densely includes a plurality of minute light receiving elements that generate electric signals corresponding to the amount of incident light. Arrangement in which the linearly arranged one-dimensional light detecting means is used, and the spectral output of the spectroscopic means is incident on the array of minute light-receiving elements of the one-dimensional light detecting means such that its incident position and wavelength range have a predetermined relationship. It is a relationship.

【0098】また、前記分光手段の分光出力をこの1次
元光検出手段の微小受光素子配列範囲にその入射位置と
波長域とが所定の関係を持つよう集光させる光学系を設
けて構成した。
Further, an optical system is provided for condensing the spectral output of the spectroscopic means so that the incident position and the wavelength range have a predetermined relationship in the array of minute light receiving elements of the one-dimensional photodetecting means.

【0099】また、前記1次元光検出手段の各微小受光
素子の出力電気信号をディジタル信号化して微小受光素
子配列順のデータを得る信号処理手段(信号処理装置3
0)と、この得られたデータを保持する保持手段とを設
けた。
Further, the signal processing means (the signal processing device 3 to obtain the data in the arrangement order of the minute light receiving elements by converting the output electric signal of each minute light receiving element of the one-dimensional light detecting means into a digital signal.
0) and holding means for holding the obtained data.

【0100】更には、保持手段に保持したデータを用い
て指定のスペクトル範囲のデータを抽出しその指定範囲
のスペクトル成分による画像を生成する構成とした。
Further, the data held in the holding means is used to extract the data in the designated spectral range and generate the image with the spectral components in the designated range.

【0101】レーザ光源からのレーザ光を観察対象の試
料に集束させて照射させると共に試料に対して前記レー
ザ光を移動走査させ、試料から得られた光を分光手段に
より分光させて検出器で検出することにより、試料にお
ける1地点毎のスペクトルデータを得るが、スペクトル
データは例えばプリズム等による分光手段を用い、この
分光手段により分光して1次元光検出手段に入射させる
ことで得る。1次元光検出手段は、複数の微小受光素子
(受光セル)を密に直線的(1次元的)に配列させた構
成であり、前記分光手段の分光出力をこの1次元光検出
手段の微小受光素子配列範囲にその入射位置と波長域と
が関係を以て入射される配置関係としてあることから、
微小受光素子はその位置がどこであるかにより、入射さ
れる波長域が定まる。従って、特定位置の微小受光素子
にはスペクトルの特定波長域の光が入射する構成とな
る。そのため、この各微小受光素子よりその入射光量対
応の信号を得てこれを受光素子個別にディジタルデータ
化し、受光素子の並び順に収集すると波長成分が特定で
きるデータ、すなわち、全てのスペクトル分布がわかる
データとして収集されると言う効果がある。
The laser light from the laser light source is focused and irradiated on the sample to be observed, and the laser light is moved and scanned with respect to the sample, and the light obtained from the sample is dispersed by the spectroscopic means and detected by the detector. By doing so, the spectral data for each point in the sample is obtained. The spectral data is obtained by using a spectroscopic means such as a prism, and by making the spectroscopic means disperse the light into the one-dimensional photodetecting means. The one-dimensional light detecting means has a structure in which a plurality of minute light receiving elements (light receiving cells) are densely arranged linearly (one-dimensionally), and the spectral output of the spectroscopic means is received by the minute light receiving means of the one-dimensional light detecting means. Since there is an arrangement relationship in which the incident position and the wavelength range are incident on the element array range in a relational manner,
The wavelength range of incident light is determined by the position of the minute light receiving element. Therefore, the light in the specific wavelength region of the spectrum is incident on the minute light receiving element at the specific position. Therefore, the data corresponding to the amount of incident light is obtained from each micro light-receiving element, converted into digital data individually for each light-receiving element, and the wavelength components can be specified by collecting the data in the order in which the light-receiving elements are arranged. Has the effect of being collected as.

【0102】しかも、試料に照射するレーザ光は、試料
上をX−Y走査させるべく移動させるので、その時々で
収集される上記データは試料に対するレーザ光の照射点
における放出光のデータであり、X−Y走査範囲で定ま
る画面を構成する画素単位でのスペクトル分布データと
なる。そのため、画素毎に全てのスペクトル分布が把握
できるデータとして収集できる。このデータを画面構成
分収集し、記憶保存し、この保存データを用いて画像を
生成するが、画素毎に全てのスペクトル分布が把握でき
るデータとして収集されていることから、所望にスペク
トル範囲を種々指定してその指定範囲のスペクトルによ
る画像を表示でき、従って、1度データを収集してしま
えば、そのデータを利用して種々に画像を生成すること
で、最適な画像を見付けることができる。
Moreover, since the laser light irradiating the sample is moved so as to scan the sample in the XY direction, the above-mentioned data collected at each time is the data of the emission light at the irradiation point of the laser light on the sample, It becomes the spectral distribution data in units of pixels that form the screen defined by the XY scanning range. Therefore, it is possible to collect as data that can grasp all the spectral distributions for each pixel. This data is collected for the screen configuration, stored and stored, and an image is generated using this stored data. However, since it is collected as data that can grasp all spectral distributions for each pixel, various spectral ranges can be obtained as desired. An image with a spectrum of the designated range can be designated and displayed. Therefore, once the data is collected, various data can be used to generate the optimal image.

【0103】蛍光試薬による試料染色した試料(蛍光染
色試料)の蛍光観察においては、単染色のみならず多重
染色が多用されており、特に、蛍光染色は細胞、組織内
の特定対象を視認可能にするために行われることが多
い。このため、多重染色観察では、各染色部位が明確な
色の差、すなわち、蛍光波長の違いとして検出されなけ
ればならない。しかも、蛍光波長の部分的な重なり(ク
ロスオーバ部分)を除去して検出する必要がある。
In fluorescent observation of a sample stained with a fluorescent reagent (fluorescent stained sample), not only single staining but also multiple staining is often used. In particular, fluorescent staining makes visible a specific object in cells or tissues. It is often done to Therefore, in multiple staining observation, each stained site must be detected as a clear color difference, that is, a difference in fluorescence wavelength. Moreover, it is necessary to remove and detect the partial overlap (crossover portion) of the fluorescence wavelengths.

【0104】本発明では画素毎に全てのスペクトル分布
が把握できるデータとして収集でき、このデータを画面
構成分収集して記憶保存し、この保存データを用いて所
望のスペクトル範囲の画像を生成するが、データが保存
されているので、スペクトル範囲を繰り返し何度でも種
々指定し直して画像を表示できることから、1度データ
を収集してしまえば、そのデータを利用して種々に画像
を生成することで、最適な状態の画像を見付けることが
できるようになる。
In the present invention, all the spectral distributions can be collected for each pixel as data that can be grasped, and this data is collected and stored for the screen configuration, and an image in the desired spectral range is generated using this saved data. Since the data is saved, it is possible to repeatedly specify the spectrum range and specify the image as many times as necessary, so once the data is collected, the data can be used to generate various images. Now you will be able to find the optimal image.

【0105】また、スペクトル領域の範囲指定は同時に
複数可能であり、しかも、指定したスペクトル領域内の
スペクトル成分のデータを加算してその指定領域のスペ
クトル成分による画像を生成し、さらにそれを利用して
イオン濃度などを演算にて求めることができ、その求め
たイオン濃度の画像を表示したり他の画像と合成したり
して表示できるので、検査者に試験結果についての詳細
な情報を提供できる効果もある。
Further, a plurality of ranges of spectral regions can be designated at the same time. Further, the data of the spectral components in the designated spectral regions are added to generate an image by the spectral components of the designated regions, and the image is further utilized. It is possible to obtain the ion concentration etc. by calculation, and the image of the obtained ion concentration can be displayed or combined with other images to be displayed, so that the inspector can be provided with detailed information about the test results. There is also an effect.

【0106】なお、上記例では2次元画像を対象とした
が、ライン走査(1次元)であってもよいことは言うま
でもない。この場合には画像の横方向には走査の空間軸
が、縦軸には時間(または走査回数)がとられる。ま
た、分光にはプリズムを用いた例を示したが、これは回
折格子を利用しても良く、分光可能な手段であれば利用
することができる。
In the above example, a two-dimensional image is targeted, but it goes without saying that line scanning (one-dimensional) may be used. In this case, the spatial axis of scanning is taken in the horizontal direction of the image, and the time (or the number of times of scanning) is taken in the vertical axis. Further, although an example in which a prism is used for spectroscopy is shown, a diffraction grating may be used, and any means capable of performing spectroscopy can be used.

【0107】以上は、ピクセル毎のスペクトル分布のデ
ータを収集して保持しておき、その保持データを用いて
所望のスペクトル領域を定めてその領域の成分による画
像を求める方式であったが、試験を実施しながらその状
況を把握できるようにし、状況如何により試験継続か中
止かを判断できるようにして、もし、試験が上手くいっ
ていないようであるならば、そこで試験を中止する等の
対応ができて、時間の浪費をせずに済むようにした実施
形態を次に第2の実施形態として説明する。
The above is the method in which the data of the spectral distribution of each pixel is collected and held, the desired spectral region is defined using the held data, and the image based on the component of the region is obtained. It is possible to grasp the situation while carrying out the procedure, and to judge whether the test is continued or discontinued depending on the situation, and if the test does not seem to be working well, you can take measures such as stopping the test there. Then, an embodiment in which time is not wasted will be described as a second embodiment.

【0108】(第2の実施形態)この実施形態では、ス
ペクトルデータの収集時に、あらかじめレーザ光源の出
力レーザ波長成分を除く、これよりも長い二つのスペク
トル域のデータの合計値を演算するとともに、ピクセル
毎の比を演算し、これらの演算結果をもとに画像表示す
るように構成するとともに、試料に対する1画面分のレ
ーザ走査終了のたびに画像表示を更新するようにして経
過を逐次、把握できるようにするものである。
(Second Embodiment) In this embodiment, at the time of collecting spectrum data, a total value of data in two spectrum regions longer than this excluding the output laser wavelength component of the laser light source is calculated in advance, and The ratio is calculated for each pixel, and the image is displayed based on the results of these calculations, and the image display is updated each time one screen of laser scanning for the sample is completed, and the progress is sequentially grasped. It enables you to do it.

【0109】図4(a)は、本発明の第2の実施の形態
に係わる共焦点走査型レーザ顕微鏡の構成を示す図であ
る。この実施形態においても、基本構成は第1の実施形
態で説明したものと同じで良い。但し、第2の実施形態
では、レーザ光源1として442[nm]の発振線を有す
るヘリウムカドミウムレーザ光源を用いている点、X−
Y走査光学系6は512×512ピクセルに亙り、走査
するようにした点、1次元CCD 17は例えば、10
24素子相当のラインセンサであり、最短波長430
[nm]、1画素当たり約0.25[nm]に相当するよう
に、プリズム15と集光レンズ16の焦点距離が光学的
に設定されていて、1次元CCD 17は400[nm]
から685[nm]のスペクトルが検出可能に構成されて
いる点、コンピュータ32は予めレーザ波長(442
[nm])成分を除く、これよりも長い二つのスペクトル
域のデータの合計値を求めるとともに、ピクセル毎の比
を演算し、これらの演算結果をもとに画像を生成し、モ
ニタ装置33に画像表示するように設定されており、X
−Y走査光学系6による1画面分の画素範囲のレーザ光
走査終了のたびにモニタ装置33に対する画像表示の更
新をするようにした点が第1の実施形態と異なる。尚、
34はコンピュータ32に接続されたハードディスクな
どの大容量記憶装置である。
FIG. 4A is a diagram showing the configuration of a confocal scanning laser microscope according to the second embodiment of the present invention. Also in this embodiment, the basic configuration may be the same as that described in the first embodiment. However, in the second embodiment, a helium-cadmium laser light source having an oscillation line of 442 [nm] is used as the laser light source 1, X-
The Y-scanning optical system 6 covers 512 × 512 pixels, and the one-dimensional CCD 17 has a scanning point.
A line sensor equivalent to 24 elements, with the shortest wavelength of 430
[nm], the focal lengths of the prism 15 and the condenser lens 16 are optically set to correspond to about 0.25 [nm] per pixel, and the one-dimensional CCD 17 is 400 [nm].
To 685 [nm] from the point where the computer 32 can detect the laser wavelength (442
[nm]) component is excluded, the total value of data in two spectral regions longer than this is obtained, the ratio for each pixel is calculated, an image is generated based on these calculation results, and the monitor device 33 It is set to display images, and X
-It differs from the first embodiment in that the image display on the monitor device 33 is updated every time the Y-scanning optical system 6 finishes scanning the laser beam in the pixel range for one screen. still,
Reference numeral 34 is a mass storage device such as a hard disk connected to the computer 32.

【0110】このような本実施形態で開示した構成の装
置の作用を説明する。ここで観察対象とする試料10は
2種類の蛍光蛋白(例えば、CFPとYFPの2種類の
蛍光蛋白)を遺伝子発現させた細胞であるとする。
The operation of the apparatus having the configuration disclosed in this embodiment will be described. Here, the sample 10 to be observed is assumed to be a cell in which two types of fluorescent proteins (for example, two types of fluorescent proteins of CFP and YFP) are gene-expressed.

【0111】442[nm]の発振線を有するヘリウムカ
ドミウムレーザ光源1から出射されたレーザ光束2は、
ビームエクスパンダ3により対物レンズ瞳径に略一致す
るようにビーム径が拡大されレーザラインフィルタ4に
導かれる。レーザラインフィルタ4は442[nm]の発
振線を選択的に透過させる。
The laser light flux 2 emitted from the helium cadmium laser light source 1 having an oscillation line of 442 [nm] is
The beam expander 3 expands the beam diameter so as to substantially match the pupil diameter of the objective lens and guides it to the laser line filter 4. The laser line filter 4 selectively transmits the oscillation line of 442 [nm].

【0112】レーザラインフィルタ4を透過した442
[nm]の波長を有するレーザ光束はダイクロイックミラ
ー5で反射され、X−Y走査光学系6、瞳投影レンズ
7、結像レンズ8、対物レンズ9を経て試料10に達す
る。
442 transmitted through the laser line filter 4
A laser beam having a wavelength of [nm] is reflected by the dichroic mirror 5, reaches the sample 10 through the XY scanning optical system 6, the pupil projection lens 7, the imaging lens 8 and the objective lens 9.

【0113】試料10は、CFPとYFPの2種類の蛍
光蛋白を遺伝子発現させた細胞であり、細胞内カルシウ
ムイオン濃度の変化により、CFPからYFPへのエネ
ルギ移動の変化が生じ、これにより蛍光量が変化するも
ので、この光量の比を測定することで細胞内カルシウム
イオン濃度を測定することができる。
Sample 10 is a cell in which two kinds of fluorescent proteins, CFP and YFP, are gene-expressed, and a change in intracellular calcium ion concentration causes a change in energy transfer from CFP to YFP. The intracellular calcium ion concentration can be measured by measuring the ratio of the amount of light.

【0114】試料10に到達したレーザ光によってその
到達位置での蛍光蛋白を励起し、または反射光を生じ
る。
The laser light reaching the sample 10 excites the fluorescent protein at the arrival position or generates reflected light.

【0115】ここで、試料10に対するレーザ光集束点
は対物レンズ9で定まり、試料10上でのレーザ光集束
位置はレーザ光をX−Y走査するためのX−Y走査光学
系6によるX−Y走査位置により定まる。
Here, the laser beam focusing point on the sample 10 is determined by the objective lens 9, and the laser beam focusing position on the sample 10 is X- by the XY scanning optical system 6 for XY scanning the laser beam. Determined by the Y scan position.

【0116】試料10からの反射光および蛍光からなる
光束20は、対物レンズ9、結像レンズ8、瞳投影レン
ズ7、X−Y走査光学系6、を経てダイクロイックミラ
ー5に戻る。そして光束20はダイクロイックミラー
5、共焦点レンズ11を透過し、共焦点絞り12、コリ
メートレンズ13を介して分光器14に入る。
The light beam 20 consisting of the reflected light from the sample 10 and the fluorescent light returns to the dichroic mirror 5 via the objective lens 9, the imaging lens 8, the pupil projection lens 7 and the XY scanning optical system 6. Then, the light beam 20 passes through the dichroic mirror 5 and the confocal lens 11, and enters the spectroscope 14 via the confocal diaphragm 12 and the collimator lens 13.

【0117】分光器14はプリズム15、集光レンズ1
6、および1次元CCD17からなり、ダイクロイック
ミラー5を透過した光束はプリズム15でスペクトル分
解され、集光レンズ16を介して1次元CCD 17上
に集光される。なお1次元CCD 17は集光レンズ1
6の焦点位置に配置されている。
The spectroscope 14 includes a prism 15 and a condenser lens 1.
The light flux which is composed of 6 and one-dimensional CCD 17 and is transmitted through the dichroic mirror 5 is spectrally decomposed by the prism 15 and is condensed on the one-dimensional CCD 17 through the condenser lens 16. The one-dimensional CCD 17 is a condenser lens 1.
It is arranged at the focal position of 6.

【0118】X−Y走査光学系6を駆動制御する制御装
置31のサンプリング信号に同期して、信号処理装置3
0は1次元CCD 17で検出された光強度信号をディ
ジタル信号に変換し、PCIバス経由でコンピュータ3
2に転送する。
The signal processing device 3 is synchronized with the sampling signal of the control device 31 for driving and controlling the XY scanning optical system 6.
0 converts the light intensity signal detected by the one-dimensional CCD 17 into a digital signal and sends it to the computer 3 via the PCI bus.
Transfer to 2.

【0119】1次元CCD 17は例えば、受光セルが
1024素子相当のラインセンサであり、最短波長43
0[nm]、1画素当たり約0.25[nm]に相当するよ
うに、プリズム15と集光レンズ16の焦点距離が光学
的に設定されている。したがって、受光セル1024素
子は、順に400[nm]から685[nm]のスペクトル
範囲をカバーしている。そして、その各受光セルは、自
己の対応する波長成分の光の強度に対応する電気信号を
発生することになる。すなわち、1次元CCD17は4
00[nm]から685[nm]のスペクトルが検出可能に
構成されているわけである。
The one-dimensional CCD 17 is, for example, a line sensor having a light receiving cell equivalent to 1024 elements, and the shortest wavelength 43
The focal lengths of the prism 15 and the condenser lens 16 are optically set so as to correspond to 0 [nm] and about 0.25 [nm] per pixel. Therefore, the light receiving cell 1024 element covers the spectral range from 400 [nm] to 685 [nm] in order. Then, each light receiving cell generates an electric signal corresponding to the intensity of the light of the wavelength component corresponding to itself. That is, the one-dimensional CCD 17 has four
The spectrum from 00 [nm] to 685 [nm] is configured to be detectable.

【0120】信号処理装置30は1次元CCD 17の
出力を各素子毎に8ビット分解能で処理し、その並び順
に並ぶデータとして出力する。
The signal processing device 30 processes the output of the one-dimensional CCD 17 with 8-bit resolution for each element and outputs it as data arranged in the order of arrangement.

【0121】したがって、この信号処理装置30の出力
するデータは、制御装置31の一つのサンプリング信号
に対して(つまり画像上の1ピクセルに対して)、1
[KByte](キロバイト)のデータ容量を有する。
Therefore, the data output from the signal processing device 30 is 1 for one sampling signal of the control device 31 (that is, for one pixel on the image).
It has a data capacity of [KByte] (kilobytes).

【0122】X−Y走査光学系6によるX−Y走査の範
囲は、1画像当たり512×512ピクセル相当である
から、制御装置31はこれに対応するサンプリング信号
を出力することとなるので、画像1枚(512×512
ピクセル)につき268[MByte]のデータ容量とな
る。
Since the range of XY scanning by the XY scanning optical system 6 is 512 × 512 pixels per image, the control device 31 outputs a sampling signal corresponding to this, so that the image 1 sheet (512 x 512
The data capacity is 268 [MByte] per pixel.

【0123】1枚の画像を60秒おきに取得する場合、
信号処理装置30からコンピュータ32に必要な転送レ
ートは、一般的なコンピュータに搭載されているPCI
バス経由で十分に対応可能である。また、このデータを
コンピュータ32に接続されたハードディスクなどの大
容量記憶装置34に、試料に対する1画面分のレーザ走
査終了ごとに書き込むことにより、少なくとも画像50
枚分のデータを記録することが可能である。信号処理装
置30からコンピュータ32へのデータ転送時間とハー
ドディスク(大容量記憶装置34)ヘの書き込み時間の
合計が画面毎のレーザ走査間隔時間に対して小さければ
良いことになる。
When acquiring one image every 60 seconds,
The transfer rate required from the signal processing device 30 to the computer 32 is determined by the PCI installed in a general computer.
It can be adequately handled via the bus. Further, by writing this data in the mass storage device 34 such as a hard disk connected to the computer 32 each time the laser scanning for one screen of the sample is completed, at least the image 50 is displayed.
It is possible to record data for one sheet. It suffices if the sum of the data transfer time from the signal processing device 30 to the computer 32 and the write time to the hard disk (mass storage device 34) is smaller than the laser scanning interval time for each screen.

【0124】この実施形態では、コンピュータ31での
処理は、あらかじめレーザ波長(442[nm])成分を
除く、これよりも長い二つのスペクトル域のデータの合
計値を演算するとともに、ピクセル毎の比を演算し、こ
れらの演算結果をもとに画像を生成して画像表示するよ
うに設定されており、レーザ走査終了のたびに画像表示
を更新するようになっている。
In this embodiment, the processing in the computer 31 calculates the total value of data in two spectral regions longer than this, excluding the laser wavelength (442 [nm]) component in advance, and calculates the ratio for each pixel. Is set, and an image is generated based on the calculation result and an image is displayed, and the image display is updated every time the laser scanning is completed.

【0125】すなわち、二つのスペクトル範囲をあらか
じめ指定しておく。一つは465[nm]から495[n
m]までを、他方は520[nm]から550[nm]まで
である。
That is, two spectral ranges are designated in advance. One is from 465 [nm] to 495 [n
m] and the other is from 520 [nm] to 550 [nm].

【0126】この指定情報を受けてコンピュータ32
は、その指定範囲のスペクトルデータ積算値ΣI(K)
nを、それぞれピクセル単位で求める。上述の例の場
合、
Upon receipt of this designation information, the computer 32
Is the spectrum data integrated value ΣI (K) of the specified range
n is calculated in pixel units. In the above example,

【数3】 として演算するわけである。そして、画面全体の構成ピ
クセルそれぞれについての当該演算を行い、その結果を
反映させた画像を生成する。
[Equation 3] Is calculated as. Then, the calculation is performed for each of the constituent pixels of the entire screen, and an image reflecting the result is generated.

【0127】465[nm]から495[nm]のスペクト
ルに対応する画像をA、520[nm]から550[nm]
のスペクトルに対応する画像をBとする。カルシウムイ
オン濃度の上昇とともに試料からの蛍光スペクトルはエ
ネルギ移動により、画像Bは明るさを増し、画像Aは暗
くなる。
An image corresponding to the spectrum of 465 [nm] to 495 [nm] is A, 520 [nm] to 550 [nm].
Let B be the image corresponding to the spectrum. As the calcium ion concentration rises, the fluorescence spectrum from the sample undergoes energy transfer, so that the image B becomes brighter and the image A becomes darker.

【0128】そしてカルシウムイオン濃度を求めるため
に、
Then, in order to obtain the calcium ion concentration,

【数4】 但し、αは検査者が定めることのできる適宜な定数であ
る。を演算する。
[Equation 4] However, α is an appropriate constant that can be set by the inspector. Is calculated.

【0129】そして、演算により求めたカルシウムイオ
ン濃度を表わす画像表示のためのデータによる画像をC
とすれば、1画像毎に図4(b)に示すように、画像
A,B,Cが得られるので、例えば、n=1の画像のた
めの走査が終了段階でそのn=1の画像は生成が可能で
あるから、その生成画像を表示するようにする。得られ
たこれらの画像は大容量記憶装置34に保存させ、ま
た、モニタ装置33に表示させるので、検査者はこの表
示画像を観察することになる。
Then, the image based on the data for displaying the image showing the calcium ion concentration obtained by the calculation is C
Then, as shown in FIG. 4B, the images A, B, and C are obtained for each image, so that, for example, when the scanning for the image of n = 1 is completed, the image of n = 1 is obtained. Can be generated, so the generated image is displayed. Since these obtained images are stored in the mass storage device 34 and displayed on the monitor device 33, the inspector observes the displayed images.

【0130】n=2の画像のためのレーザ走査が終了し
た段階で、n=2の画像を生成し、大容量記憶装置34
に保存し、また、n=1の画像に代えてそのn=2の画
像を表示し、n=3の画像のためのレーザ走査が終了し
た段階でn=3の画像を生成し、大容量記憶装置34に
保存し、また、n=2の画像に代えてそのn=3の画像
を表示し、…と云う具合に、画像A,B,Cを走査終了
の度に画像の生成とその生成した画像のモニタ装置33
への更新表示を実施する。これにより試験の状況を把握
しながら、時間経過観察ができることになる。
When the laser scanning for the image of n = 2 is completed, the image of n = 2 is generated and the mass storage device 34
The image of n = 2 is displayed instead of the image of n = 1, and the image of n = 3 is generated at the stage when the laser scanning for the image of n = 3 is completed. The image is stored in the storage device 34, and the image of n = 3 is displayed instead of the image of n = 2, and so on. Monitor device 33 for generated image
Update display to. As a result, it is possible to observe the time course while grasping the status of the test.

【0131】また、生成画像は大容量記憶装置34に保
持させてあるので、所定回(前記例では50画面に亘っ
て)のレーザ走査終了後に当該保持させてある所定枚
(前記例では50枚)の画像を順次表示すれば細胞内カ
ルシウムイオン濃度の変化を動画として表示して時間経
過観察することができる。
Since the generated image is held in the mass storage device 34, the held predetermined number of sheets (50 sheets in the above example) after the laser scanning is performed a predetermined number of times (in the above example, 50 screens). By sequentially displaying the images in (1), the change in intracellular calcium ion concentration can be displayed as a moving image and observed over time.

【0132】すなわち、この実施形態においては時間経
過観察のために試料走査は所定回数だけ間欠的に行わ
れ、前記画像表示は各レーザ走査終了毎にあるいは全枚
数分の画像取得のためのレーザ走査全てが完了した後に
所定回数行われるようにした。
That is, in this embodiment, the sample scan is intermittently performed a predetermined number of times for observation over time, and the image display is performed at the end of each laser scan or laser scan for obtaining the entire number of images. It was performed a predetermined number of times after all was completed.

【0133】また、レーザ走査によって収集された各ピ
クセル毎のスペクトル分布のデータは保存されているの
で、選択するスペクトル範囲は何度でも再設定し直して
画像表示できることから、カルシウムイオン濃度の変化
を表わす最善の画像を得ることができる。
Further, since the spectral distribution data for each pixel collected by laser scanning is stored, the spectral range to be selected can be reset and redisplayed any number of times, so that the calcium ion concentration can be changed. You can get the best image to represent.

【0134】このようにこの実施形態に示したものは、
レーザ光源からのレーザ光を観察対象の試料に集束させ
て照射させると共に試料に対して前記レーザ光を移動走
査させ、試料から得られた光を分光手段により分光させ
て検出器で検出することにより、スペクトルのデータを
得るようにした走査型レーザ顕微鏡において、スペクト
ルデータの収集時に、あらかじめレーザ光源の出力レー
ザ波長成分を除く、これよりも長い二つのスペクトル域
のデータの合計値を演算するとともに、ピクセル毎の比
を演算し、これらの演算結果をもとにした画像を表示す
るように構成したものであり、レーザ光による試料の走
査終了のたびに画像表示を更新するようにして経過を逐
次、把握できるようにしたものである。
Thus, what is shown in this embodiment is
By focusing the laser light from the laser light source on the sample to be observed and irradiating it and moving and scanning the laser light with respect to the sample, the light obtained from the sample is dispersed by the spectroscopic means and detected by the detector. , In the scanning laser microscope, which is configured to obtain the spectrum data, when the spectrum data is collected, the output laser wavelength component of the laser light source is excluded in advance, and the total value of the two spectrum regions longer than this is calculated, It is configured to calculate the ratio for each pixel and display an image based on these calculation results.The image display is updated each time the scanning of the sample by the laser light is completed, and the progress is sequentially updated. , So that it can be grasped.

【0135】そのため、試験を実施しながらその状況を
把握できるので、状況如何により試験継続か中止かを判
断できるようになり、もし、試験が上手くいっていない
ようであるならば、そこで試験を中止する等の対応がで
きて、時間の浪費をせずに済むようになる等の効果が得
られる。
Therefore, since it is possible to grasp the situation while conducting the test, it becomes possible to judge whether the test is continued or stopped depending on the situation. If the test does not seem to be successful, the test is stopped there. It is possible to deal with such things as the above, and it is possible to obtain an effect such that time is not wasted.

【0136】従って、この実施形態においては、1画面
分の走査を終えると時間をおいて再びレーザ光による試
料の1画面分の走査を実施する間欠走査において、一つ
の走査が終了するたびに画像表示されるので、検査者は
試験途中でCFP,YFPそれぞれの画像と、カルシウ
ムイオン濃度の変化を確認できる。そのため、もし、試
験がうまくいっていないようならば、そこで試験を中止
する等の対応をとることができ、時間の浪費をせずに済
むようになる。
Therefore, in this embodiment, after the scanning for one screen is finished, there is a delay and the scanning for the one screen of the sample is again performed by the laser beam. Since it is displayed, the inspector can confirm the images of CFP and YFP and the change in calcium ion concentration during the test. Therefore, if the test does not seem to be successful, it is possible to take a measure such as stopping the test at that time, thereby avoiding waste of time.

【0137】尚、上記例ではレーザ光源としてヘリウム
カドミウムレーザ光源を用いて1光子励起で観察を行っ
ているが、モードロックチタンサファイヤレーザ等の赤
外域の波長を有する超短パルスレーザ光源を用いて、2
光子励起観察を行い、これよりも短い2つのスペクトル
域のデータの合計値を演算するとともに、ピクセル毎の
比を演算し、これらの演算結果をもとに画像表示するよ
うに設定し、走査終了のたびに演算結果の画像表示を更
新するようにしてもよい。ここで、2光子励起(2光子
励起法)とは吸収波長の何倍化の波長を有する長波長の
レーザ光を高密度で照射することにより、焦点面で局所
的に蛍光分子を励起する方式で多光子励起法とも呼ばれ
るものであり、ピンホールなしで共焦点観察法と同等な
セクショニング画像を得ることができる手法である。
In the above example, a helium-cadmium laser light source is used as a laser light source for observation by one-photon excitation, but an ultrashort pulse laser light source having an infrared wavelength such as a mode-locked titanium sapphire laser is used. Two
Photon excitation observation is performed, the total value of data in two spectral regions shorter than this is calculated, the ratio for each pixel is calculated, and the image display is set based on these calculation results, and scanning is completed. The image display of the calculation result may be updated every time. Here, the two-photon excitation (two-photon excitation method) is a method in which a fluorescent molecule is locally excited at a focal plane by irradiating a long-wavelength laser beam having a wavelength that is a multiple of the absorption wavelength with high density. It is also called a multiphoton excitation method, and is a method that can obtain a sectioning image equivalent to the confocal observation method without pinholes.

【0138】そして、このような超短パルスの長波長レ
ーザ光を用いて、2光子励起によりデータを取得する方
法は細胞に対する光毒性が少なく、より長時間に亙る観
察が可能になる。
The method of acquiring data by two-photon excitation using such ultrashort pulse long-wavelength laser light has little phototoxicity to cells and enables observation for a longer time.

【0139】また、この例では1次元のCCDを用いた
が、試料からの光束が集光レンズ16により集光され、
ここで形成される回折スポット径がCCDの画素サイズ
よりも大きい場合は2次元CCDを用いる構成としても
よい。これにより、スポット径が大きい場合に、試料か
らの光を効率良く検出でき、S/Nの良いデータを取得
することができるようになる。
Although a one-dimensional CCD is used in this example, the light flux from the sample is condensed by the condenser lens 16,
If the diameter of the diffraction spot formed here is larger than the pixel size of the CCD, a two-dimensional CCD may be used. As a result, when the spot diameter is large, the light from the sample can be efficiently detected, and the data with good S / N can be acquired.

【0140】なお、本発明は上述した実施形態に示す例
に限定されるものではなく、種々変形して実施可能であ
る。
The present invention is not limited to the examples shown in the above-mentioned embodiments, but can be modified in various ways.

【0141】また、本発明において、上記実施形態には
種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構
成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽
出され得るものである。例えば、実施形態に示される全
構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が
解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも1
つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の
少なくとも1つが得られる場合には、当該実施形態での
構成要件が一部削除された構成についても発明として成
立し得るものである。
Further, in the present invention, the embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, at least one of the problems described in the section of the problem to be solved by the invention is
When one of them can be solved and at least one of the effects described in the section of the effect of the invention can be obtained, the configuration in which some of the constituent features in the embodiment are deleted can be realized as the invention.

【0142】[0142]

【発明の効果】本発明によれば、走査ピクセル毎にスペ
クトルデータを有しており、画像表示のためのスペクト
ル域を自由に選択することができ、しかも何度でもスペ
クトル域の指定を変更できるので、細胞内カルシウムイ
オン濃度を測定するような、試料からの蛍光スペクトル
を正確に知ることができない試験や撮像を行う場合で
も、最適な解析結果を得ることのできる、自由度の高い
走査型レーザ顕微鏡を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the spectrum data is provided for each scanning pixel, the spectrum range for image display can be freely selected, and the designation of the spectrum range can be changed many times. Therefore, even when performing a test or imaging in which the fluorescence spectrum from the sample cannot be accurately known, such as measuring intracellular calcium ion concentration, a highly flexible scanning laser that can obtain the optimum analysis result. A microscope can be provided.

【0143】さらに、多重染色観察において、試料の退
色を防止するために、少ない走査回数で蛍光波長の部分
的な重なり(クロスオーバ部分)を効率良く除去して画
像表示することのできる走査型レーザ顕微鏡を提供する
ことができる。
Further, in multiple staining observation, a scanning laser capable of efficiently removing a partial overlap (crossover portion) of fluorescent wavelengths with a small number of scans and displaying an image in order to prevent fading of a sample. A microscope can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態を説明するための図で
ある。
FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明を説明するための図であって、本発明の
走査型レーザ顕微鏡における分光器の構成例を説明する
ための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the present invention and is a diagram for explaining a configuration example of a spectroscope in the scanning laser microscope of the present invention.

【図3】得られたスペクトルの例とスペクトル範囲指定
の例およびその遷移状況の例を説明するための図であ
る。
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of an obtained spectrum, an example of specifying a spectrum range, and an example of transition states thereof.

【図4】本発明の第2の実施形態を説明するための図で
ある。
FIG. 4 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention.

【図5】従来技術を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional technique.

【図6】従来技術を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional technique.

【図7】従来技術を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a conventional technique.

【図8】従来技術を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザ光源、 2…レーザ光束 3…ビームエクスパンダ、 4…レーザラインフィルタ 5…ダイクロイックミラー、6…X−Y走査光学系 7…瞳投影レンズ、 8…結像レンズ 9…対物レンズ、 10…試料 11…共焦点レンズ、 12…共焦点絞り 13…コリメートレンズ、14…分光器 15…プリズム、 16…集光レンズ 17…1次元CCD、 20…試料からの光束 30…信号処理装置、 31…制御装置 32…コンピュータ、 33…モニタ装置 34…ハードディスク装置(HDD) 1 ... Laser light source, 2 ... Laser luminous flux 3 ... Beam expander, 4 ... Laser line filter 5 ... Dichroic mirror, 6 ... XY scanning optical system 7 ... pupil projection lens, 8 ... imaging lens 9 ... Objective lens, 10 ... Sample 11 ... Confocal lens, 12 ... Confocal diaphragm 13 ... Collimating lens, 14 ... Spectroscope 15 ... Prism, 16 ... Condensing lens 17 ... One-dimensional CCD, 20 ... Luminous flux from sample 30 ... Signal processing device, 31 ... Control device 32 ... Computer, 33 ... Monitor device 34 ... Hard disk drive (HDD)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02B 21/16 G02B 21/16 Fターム(参考) 2G020 AA04 BA02 BA20 CA01 CB04 CB23 CB43 CC02 CC13 CC26 CC63 CD06 CD14 CD24 CD36 CD37 2G043 AA01 BA16 DA02 DA06 EA01 FA02 GA07 GB19 HA01 HA09 HA15 JA02 JA04 JA05 KA02 KA05 KA09 LA03 NA01 NA05 2H052 AA07 AA08 AA09 AC04 AC12 AC15 AC34 AD35 AF07 AF14 AF25 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G02B 21/16 G02B 21/16 F term (reference) 2G020 AA04 BA02 BA20 CA01 CB04 CB23 CB43 CC02 CC13 CC26 CC63 CD06 CD14 CD24 CD36 CD37 2G043 AA01 BA16 DA02 DA06 EA01 FA02 GA07 GB19 HA01 HA09 HA15 JA02 JA04 JA05 KA02 KA05 KA09 LA03 NA01 NA05 2H052 AA07 AA08 AA09 AC04 AC12 AC15 AC34 AD35 AF07 AF14 AF25

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザ光源からのレーザ光を観察対象の試
料に集束させて照射させると共に試料に対して前記レー
ザ光を移動走査させ、試料から得られた光を分光手段に
より分光させて検出器で検出することにより、スペクト
ルのデータを得るようにした走査型レーザ顕微鏡におい
て、 前記検出器は入射光量対応に電気信号を発生する複数の
微小受光素子を直線的に配列させた1次元光検出手段を
用い、前記分光手段の分光出力をこの1次元光検出手段
の微小受光素子配列範囲にその入射位置と波長域とが所
定の関係を以て入射される配置関係とすることにより画
素単位でスペクトルのデータを得ることを特徴とする走
査型レーザ顕微鏡。
1. A detector which focuses a laser beam from a laser light source on a sample to be observed and irradiates the sample, moves and scans the laser beam with respect to the sample, and disperses the light obtained from the sample by a spectroscopic means. In the scanning laser microscope, which is configured to obtain spectrum data by detecting with a detector, the detector is a one-dimensional light detecting means in which a plurality of minute light receiving elements that generate electric signals corresponding to the amount of incident light are linearly arranged. And the spectral output of the spectroscopic means is arranged in such a manner that the incident position and the wavelength range are incident on the array of minute light receiving elements of the one-dimensional photodetector with a predetermined relationship, whereby spectral data is obtained on a pixel-by-pixel basis. A scanning laser microscope characterized in that
【請求項2】前記検出器の各微小受光素子より得られる
電気信号を収集してデータとして保持する手段と、この
保持されたデータを用い、これらのうち、所望に指定さ
れたスペクトル域のデータを抽出して加算し、画像を生
成する手段と、を備えたことを特徴とする請求項1記載
の走査型レーザ顕微鏡。
2. A means for collecting electric signals obtained from each minute light receiving element of the detector and holding the electric signals as data, and using the held data, data in a desired designated spectral range 2. The scanning laser microscope according to claim 1, further comprising: a unit for extracting and adding and generating an image.
【請求項3】前記検出器の各微小受光素子より得られる
電気信号を収集してデータとして保持する手段と、この
保持されたデータを用い、これらのうち、レーザ光源の
出力レーザ波長より長い波長であって所望に指定された
少なくとも二種のスペクトル域のデータをそれぞれ抽出
してそれぞれのスペクトル域における抽出データを加算
すると共に、両者の比を求めて当該比に基づく画像を生
成し、次の画像が生成されるまでの間、この生成画像出
力する手段と、この出力された生成画像を表示する手段
と、を備えたことを特徴とする請求項1記載の走査型レ
ーザ顕微鏡。
3. A means for collecting electric signals obtained from each minute light receiving element of the detector and holding the electric signals as data, and using the held data, a wavelength longer than the output laser wavelength of the laser light source. That is, the data in at least two types of spectral regions designated as desired are respectively extracted, and the extracted data in each spectral region is added, and the ratio between the two is calculated to generate an image based on the ratio, The scanning laser microscope according to claim 1, further comprising: a unit for outputting the generated image and a unit for displaying the output generated image until the image is generated.
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